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Fachbereich Agrarwirtschaft und Lebensmittelwissenschaften

Studiengang Lebensmitteltechnologie

Wintersemester 2011/2012

Herstellung verschiedener Erdbeerkonfitüren mit Hilfe eines

neuartigen Labormischers Bachelorarbeit

Verfasser: Jeanie Wolf

URN: urn:nbn:de:gbv:519-thesis2012-0005-5

Betreuer: Prof. Dr. Peter Meurer

Prof. Dr. Eckhardt Schulz

Neubrandenburg, der 14.02.2011

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Abstract

The aim of this bachelor thesis was producing different strawberry jams with the new

universal machine Somakon MP5. The intent was to proportion pectin quantity and to

improve recipe and process parameters of strawberry jam and sugar reduced strawberry jam.

During former practical trainings produced jams were often excessive soft and tasted too

sweet.

First pectin quantity was checked. It has been suggested that soft texture was caused by the

wrong dispersion of pectin solutions.

Thereupon selected recipes were produced with universal machine Somakon MP5. The main

problem was long processing times due to reaching the dry matter by evaporating the jam.

Texture and colour were measured of all produced jams.

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Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 6

2 Stand der Wissenschaft und Technik 7

2.1 Lebensmittelrechtliche Bestimmungen 7

2.2 Industrielle Herstellung von Konfitüre 8

2.2.1 Mögliche Herstellprozesse und Aufbau einer Vakuumkochanlage 8

2.2.2 Der Verdampfungsprozess 11

2.3 Wichtige Qualitätsmerkmale bei der Herstellung von Konfitüren 13

2.4 Hoch- und niedrigveresterte Pektine 14

2.5 Aufbau und Funktionsweise des Labormischers Somakon MP5 15

3 Material und Methoden 18

3.1 Versuchsplanung 18

3.2 Geräte und Rohstoffe 20

3.3 Durchführung der Vorversuche 21

3.4 Durchführung der Technikumsversuche 23

3.5 Analytische Methoden 25

3.5.1 Textur Analyse 25

3.5.2 Farbmessung 26

4 Ergebnisse 28

4.1 Auswertung der Vorversuche 28

4.2 Auswertung der Technkikumsversuche 30

4.2.1 Versuchsreihe 1 bis 3 30

4.2.2 Verdampfungsversuch 37

4

4.3 Ergebnisse und Auswertung der Textur Analyse 40

4.3.1 Konfitüre extra 40

4.3.2 Zuckerreduzierte Konfitüre 43

4.4 Ergebnisse und Auswertung der Farbmessung 45

5 Diskussion 48

6 Zusammenfassung 53

7 Literaturverzeichnis 54

8 Verzeichnis der Abbildungen und Tabellen 56

9 Anhang 58

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Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen, Symbole und Abkürzungen

Symbol Bezeichnung Einheit

ΔE Farbabstand -

l Länge mm

m Masse kg, g

p Druck bar, mbar

t Temperatur °C

V Volumen ml, l

Volumenstrom m3/h

v Geschwindigkeit mm/s

Trockensubstanz Brix

Abkürzungen

Fa. Firma

k.A. keine Angabe

KonfV Konfitürenverordnung

MW Mittelwert

s Standardabweichung

TR Technikumsversuch zuckerreduzierte Konfitüre

TS Trockensubstanz

TX Technikumsversuch Konfitüre extra

V Versuch

VR Vorversuch zuckerreduzierte Konfitüre

VX Vorversuch Konfitüre extra

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1 Einleitung

Die Herstellung von Konfitüren, Marmeladen und Fruchtaufstrichen hat eine lange Tradition

und wurde ursprünglich zur Haltbarmachung von Obst genutzt. Diese so mit Zucker

haltbargemachten Erzeugnisse gehörten zu den ersten Konserven. Die erste Marmelade, eine

Bitterorangenmarmelade, wurde im 18. Jahrhundert in Schottland erfunden. In den 1870er

Jahren wurden dann erstmals auch aus anderen Früchten als Orangen Jam, Gelee und

Marmelade industriell hergestellt (Mollenhauer, 1988).

Was früher zur Konservierung diente, ist heute eine Lebensmittelverarbeitungsmethode, die

bestimmte chemische, physikalische und sensorische Anforderungen erfüllen soll. Um eine

hohe Akzeptanz beim Verbraucher zu erreichen, muss eine Konfitüre einen fruchttypischen

Geschmack besitzen und eine bestimmte Konsistenz, weder zu fest noch zu weich, aufweisen.

Diese Eigenschaften werden von vielen Faktoren beeinflusst. Von besonderer Bedeutung sind

hierbei die Rezepturzusammensetzung, die Fruchtrohstoffe, der Pektintyp und die

Herstellungsmethode.

Zur Herstellung von Konfitüre im Praktikum für Studierende des 5. Semesters

Lebensmitteltechnologie wurde bisher die Stephan Universalmaschine UM/SK 44E

verwendet. Da diese jedoch sehr störanfällig ist, wurde ein neuartiger Labormischer der Firma

Somakon angeschafft. Die im Praktikum hergestellten Konfitüren hatten außerdem, trotz

gleicher Rezepturen, schwankende Festigkeiten und gelierten in den meisten Fällen gering bis

gar nicht. Desweiteren wurde die Konfitüre extra von den Studierenden als zu süß beurteilt.

Ziel der Bachelorarbeit ist es, verschiedene Erdbeerkonfitüren unter Verwendung des neuen

Labormischers der Firma Somakon herzustellen. Dabei sollen außerdem die

Rahmenbedingungen, wie die Pektinmenge, die Herstellung einer Pektinlösung, Produktions-

und Rezepturparameter überprüft und gegebenenfalls angepasst werden. Dazu werden die

Festigkeit mit Hilfe einer Texturmessung und die Farbe der hergestellten Erdbeerkonfitüre

untersucht. Am Ende soll die Durchführung am neuen Labormischer und zwei Rezepturen,

für eine Konfitüre extra und eine zuckerreduzierte Variante, so herausgearbeitet werden, dass

ein Praktikum zur Herstellung von Konfitüre für Studierende des 5. Semesters

Lebensmitteltechnologie ausführbar ist und ein Produkt vergleichbar mit einer industriell

hergestellten Konfitüre entsteht.

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2 Stand der Wissenschaft und Technik

2.1 Lebensmittelrechtliche Bestimmungen

In der Konfitürenverordnung sind die rechtlichen Rahmenbedingungen für Konfitüre,

Konfitüre extra, Gelee, Gelee extra, Marmelade und Maronenkrem festgelegt. Wichtige

Kriterien für die Unterscheidung sind der Fruchtgehalt, die Verarbeitungsform der Früchte

(ob passiert oder als Fruchtsaft eingesetzt) und der Gesamtzuckergehalt bzw. die

Trockensubstanz. Demnach muss eine Erdbeerkonfitüre extra rechtlich mindestens

450 Gramm Früchte in Form von Pülpe oder Fruchtmark auf 1 000 Gramm Enderzeugnis

enthalten und mindestens eine Trockensubstanz von 55 % besitzen. Es ist zu beachten, dass

Konfitüre eine „streichfähige Zubereitung“ sein soll. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass ein

zu flüssiges Produkt keine Konfitüre ist.

Außer den Früchten dürfen noch Zuckerarten (laut Zuckerartenverordnung), Trinkwasser und

Pektin eingesetzt werden. Es ist also rechtlich zulässig, dass eine Konfitüre extra

Glucosesirup enthält. Außerdem kann zum Süßen einer Erdbeerkonfitüre extra Honig oder

Saft aus roten Früchten eingesetzt werden. Die eingesetzten Früchte dürfen vor der

Verarbeitung wärme- oder kältebehandelt werden, d.h. gefrorene Früchte dürfen zur

Herstellung verwendet werden.

Die in der Konfitürenverordnung von 1982 enthaltene Sonderregelung für

brennwertverminderte Konfitüren ist mit der Änderung von 2008 entfallen. Trotzdem kann

laut Nährwertkennzeichnungsverordnung die Bezeichnung „brennwertreduzierte Konfitüre“

oder „brennwertreduzierte Konfitüre extra“ verwendet werden, wenn die

Herstellungsanforderungen und Mindestmengen an Fruchtanteilen von Konfitüre bzw.

Konfitüre extra eingehalten wurden. Außerdem muss der Brennwert dieser Konfitüre

mindestens 30 % unter dem Brennwert einer vergleichbaren herkömmlichen Konfitüre liegen.

Um jedoch von der Regel ausgenommen zu werden, dass die Erzeugnisse eine

Trockensubstanz von mindestens 55 % besitzen müssen, muss der Zucker ganz oder teilweise

durch Süßungsmittel laut Zusatzstoff-Zulassungsverordnung ersetzt werden (KonfV, 2012;

Zipfel/Rathke, 2011).

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2.2 Industrielle Herstellung von Konfitüre

2.2.1 Mögliche Herstellprozesse und Aufbau einer Vakuumkochanlage

Konfitüre wird eingekocht, um ein haltbares Endprodukt und die gewünschte Soll-

Trockensubstanz zu erhalten. Beides steht miteinander in Verbindung: Je größer die

Trockensubstanz, desto kleiner die Wasseraktivität und somit ungeeigneter als Lebensraum

für Mikroorganismen. Durch die Temperatureinwirkung werden außerdem sich auf den

Früchten befindliche Bakterien, Hefen und Schimmelpilze abgetötet und Enzyme deaktiviert.

Das Kochverfahren dient außerdem dem Zuckeraustausch zwischen Medium und Frucht, so

dass das Auswässern der Früchte im fertigen Produkt verhindert wird.

Es werden zwei Verfahren der industriellen Herstellung von Konfitüre unterschieden: Das

Kochen im offenen Kessel bei Atmosphärendruck und das Kochen im geschlossenen

Vakuumkessel. Ersteres wird nur noch selten und oft in kleineren Herstellerbetrieben sowie

im handwerklichen Bereich angewendet. Dieses Verfahren des Eindampfens geht langsam

vonstatten, außerdem führen die anhaltend hohen Temperaturen zu ungewünschten

Qualitätsverlusten, z.B. werden mit dem Wasserdampf leichtflüchtige Aromakomponenten

ausgetragen. Der Vorteil des Vakuumkochverfahrens besteht in der niedrigen Kochtemperatur

und kurzen Kochzeiten, dadurch werden die Rohstoffe möglichst wenig strapaziert. Es besteht

außerdem die Möglichkeit, dass die leichtflüchtigen Aromen durch Brüdenrückgewinnung

wieder ins Produkt überführt werden können.

Um die Kochzeiten relativ kurz zu halten, empfiehlt es sich außerdem, Konfitüren in

kleineren Chargen herzustellen. Längere Kochzeiten führen zu Inversion der Saccharose, was

wiederum zur Maillard-Reaktion der freigesetzten Fructose und Glucose führt. Die daraus

resultierenden Farbveränderungen und der Karamellgeschmack sind unerwünscht.

Optimal hat ein Kochkessel für die Herstellung von Konfitüre eine flache Bauweise, was zu

einer großen Oberfläche führt. Die daraus resultierende große Verdampfungsfläche ergibt eine

verringerte Kochzeit. Ein langsam laufendes Ankerrührwerk ermöglicht eine gute

Durchmischung, verhindert das Anbrennen an der Kesselwand und vor allem werden die

Früchte mechanisch nur wenig beansprucht und sie bleiben teilweise erhalten. Die Kochkessel

können außerdem mit automatischen Dosieranlagen z.B. für die Pektinlösung, sowie einem

Prozessrefraktometer und einer pH-Messkette ausgestattet sein um die Herstellung und

Prozesskontrolle zu erleichtern. In den Abbildungen 1 und 2 sind als Beispiel zwei Anlagen

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der Firma ConsulteC Engineering aus Lage für die Fruchtverarbeitung und

Konfitürenherstellung zu sehen

Abbildung 1: Vakuumverdampfer Typ ZVAG (ConsulteC Engineering, 2012)

Abbildung 2: Vakuumverdampfer Typ LVAG (ConsulteC Engineering, 2012)

Der Vakuumverdampfer in Abbildung 1 ist leicht schräg angebracht, damit im Kessel

unterschiedliche Füllstandshöhen erreicht werden, was zu einer besseren Wirksamkeit des

Rührwerkes führt. In Abbildung 2 ist eine Anlage zu sehen, die durch die breite Bauweise

eine große Verdampfungsfläche besitzt. Zur Erzeugung des Vakuums werden in den Anlagen

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im Normalfall Flüssigkeitsringvakuumpumpen mit einem entsprechend konstruiertem

Kondensator eingesetzt. Das Eindampfen erfolgt durch eine kontinuierliche Messung der

Trockensubstanz mittels eines elektronischen Refraktometers vollautomatisch.

In der Abbildung 3 ist eine industrielle Vakuumkochanlage schematisch dargestellt, die im

Folgenden zusammen mit der Herstellung näher erläutert wird.

Abbildung 3: Industrielle Vakuumkochanlage (Herbstreith & Fox, o. Jahr)

Zuerst werden im Vorwärmer die Früchte mit dem Zucker gemischt und auf ca. 80 °C erhitzt.

Danach wird die Zuckerfruchtmischung im Vakuumkochkessel eingedampft, mit der

Pektinlösung versetzt und dann auf die Endtrockensubstanz eingedampft. Zum Schluss wird

die Säure zudosiert und die fertige Konfitüre noch einmal erhitzt, da nur bei einer Temperatur

zwischen 80 und 85 °C eine keimfreie Abfüllung gewährleistet wird und eine Vorgelierung

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des Pektins verhindert werden kann. Aus dem Vakuumkochkessel wird die Konfitüre in eine

beheizbare Abfüllwanne gepumpt, aus der die Abfüllmaschine gespeist wird. Um eine

Kontamination mit Keimen auszuschließen, sollten auf alle Fälle sterile Gläser verwendet

werden, die z.B. durch UV-Bestrahlung oder mit heißem Dampf behandelt wurden.

Außerdem kann nach dem Einfüllen der Konfitüre eine Kopfraumbedampfung oder alternativ

eine Pasteurisation der verschlossenen Gläser sinnvoll sein. Am Ende durchlaufen die Gläser

einen Tunnelkühler, in dem diese durch Berieselung mit kaltem Wasser abgekühlt werden.

Neben der Art der industriellen Herstellung, ob mit oder ohne Vakuum, der Bauweise des

Kessels und dem Aufbau der Kochanlage spielt die Einbringungstechnik des Pektins eine

entscheidende Rolle bei der Herstellung einer qualitativ hochwertigen Konfitüre. Da es

wichtig ist, dass sich das Pektin im Produktansatz gut verteilt, sollte eine geeignete

Einbringungstechnik gewählt werden. Da bei der trockenen Einarbeitung von Pektin eine

Gefahr der Verklumpung besteht und dies zu einer unvollständigen Gelierung des

Endproduktes führen kann, ist das Einbringen einer zuvor hergestellten homogenen

Pektinlösung sehr sinnvoll. Das Pektinpulver wird dabei mit Hilfe eines schnell laufenden

Rührwerkes in den Sog des heißen Wassers dosiert und gelöst. Es können Pektinlösungen mit

einer Konzentration von 5 – 10 % hergestellt werden. Die Löslichkeit des Pektins hängt von

der Wassertemperatur ab, wobei die optimale Temperatur größer 80 °C ist. Bei einem

Absinken der Temperatur unter 50 °C kann es, sobald der Gelierbereich des jeweiligen

Pektins erreicht ist, zur unerwünschten Vorgelierung kommen (Fellows, 2009; Heiss, 2004;

Herbstreith & Fox, 1999; Herbstreith & Fox, o. Jahr; Schuchmann, 2005).

2.2.2 Der Verdampfungsprozess

Beim Verdampfen werden unter Hitzeeinwirkung Wasser und/oder andere leicht flüchtige

Komponenten aus flüssigen Lebensmitteln unter Ausnutzung der unterschiedlichen

Dampfdrücke entfernt. Eine Flüssigkeit geht in den Dampfzustand über, nachdem ihre

Oberfläche die vom Druck abhängige Sättigungstemperatur erreicht hat. Beim Eindampfen

wird ein Teil des Wassers durch Sieden aus flüssigen Lebensmitteln verdampft. Dieser

Prozess kommt in der Lebensmittelverarbeitung häufig zum Einsatz. Ziel dabei ist meist eine

Erhöhung der Trockensubstanz, wie z.B. bei Konfitüre oder Tomatenmark, Ziel kann aber

auch eine Verringerung des Gewichts und Volumens sein um Lager- und Transportkosten zu

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sparen, wie es z.B. bei Fruchtsaftkonzentraten angewendet wird. Im Allgemeinen wird von

Eindampfen gesprochen, wenn eine konzentrierte Lösung das Ziel dieses Prozesses ist.

Das Verdampfen kann unter Atmosphärendruck oder unter Vakuum stattfinden, im Folgenden

wird nur das Verdampfen bzw. Eindampfen unter Vakuum berücksichtigt, da dies bei der

Herstellung von Konfitüre von Bedeutung ist.

Abbildung 4: Dampfdruckkurve im Phasendiagramm eines reinen Lösungsmittels (Böckh,

2009)

Die Abbildung 4 zeigt eine Dampfdruckkurve aus der abgelesen werden kann, bei welchem

der Temperatur zugeordnetem Druck eine reine Flüssigkeit zu sieden bzw. ein reiner Dampf

zu kondensieren beginnt. Beim Eindampfen unter Vakuum wird ausgenutzt, dass die

Siedetemperatur bei sinkendem Druck ebenfalls abnimmt und so das Produkt niedrigeren

Temperaturen ausgesetzt wird: Bei einem Druck von 0,40 bar absolut siedet Wasser bei

76 °C, bei einem Druck von 0,47 bar bei 80 °C. Wenn bei konstantem Druck die

Siedetemperatur erreicht ist, wird die weiterhin zugeführte Wärme als

Verdampfungsenthalpie zur Änderung des Aggregatzustandes genutzt. Die

Verdampfungsenthalpie ist dabei die Energie, die bei konstanter Temperatur und konstantem

Druck zum Phasenwechsel einer bestimmten Menge Flüssigkeit benötigt wird. Die

Energiemenge ist druckabhängig und wird mit sinkendem Druck größer.

Folgende Faktoren können die Leistungsfähigkeit eines Verdampfungsprozess beeinflussen:

die Temperaturdifferenz zwischen Medium und dem zu konzentrierenden Stoff, die

Heizflächen, die Menge des Inhaltes und die Flüssigkeitsoberfläche. Eine große

Temperaturdifferenz wirkt sich positiv auf die Verdampfungsleistung aus. Die

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Temperaturdifferenz kann entweder durch Erhöhung des Drucks (und somit der Temperatur)

des Mediums Dampf oder durch Reduzierung der Siede-Temperatur der Flüssigkeit, was

durch Anlegen eines Vakuums erreicht wird, vergrößert werden. Die Heizflächen sollten

möglichst frei von Verschmutzungen oder Ablagerungen sein, da diese meist einen schlechten

Wärmeübergangskoeffizienten aufweisen und somit die Heizleistung reduzieren. Zu diesem

Zweck erweist sich ein Abstreifer als nützlich, der ein Anbrennen an Kesselwände und somit

eine Verschmutzung der Heizflächen verhindert. Eine große Flüssigkeitsoberfläche zum

Ausdampfen ist ebenfalls vorteilhaft.

Zu beachten ist auch, dass die Viskosität einiger Lebensmittel erheblich ansteigt, wenn deren

Trockensubstanz zunimmt. Das erschwert das Aufsteigen von Blasen und Wasserdampf kann

somit schlechter entweichen, was den Verdampfungsvorgang wesentlich beeinflusst.

Um den gewählten Druck im Verdampfer bzw. Kessel konstant zu halten, wird eine

Vakuumpumpe verwendet, die die Luft und den Wasserdampf im Kopfraum absaugt.

Außerdem wird so verhindert, dass der Wasserdampf an den unter der Siedetemperatur

befindlichen Bauteilen wieder kondensiert.

In der Industrie werden für diesen Zweck hauptsächlich Flüssigkeitsringvakuumpumpen

eingesetzt, die für Ansaugvolumenströme von bis zu 20 000 m3/h konstruiert werden können.

Die Ansaugdrücke, die mit diesen Pumpen erreicht werden können, sind abhängig von der

Temperatur der zugeführten Betriebsflüssigkeit und können bis zu 33 mbar betragen. Der

Nachteil bei Verwendung dieser Art von Pumpen besteht darin, dass der geförderte

Wasserdampf mit der Betriebsflüssigkeit in Berührung kommt und sich mit ihr vermischt.

Aus diesem Grund wird ein Kondensator zwischen Verdampfer bzw. Kessel und Pumpe

geschalten, so wird der Wasserdampf vor Erreichen der Pumpe wieder kondensiert und in ihm

enthaltene Aromen können evtl. zurückgewonnen werden (Böckh, 2009; Fellows, 2009;

Hemming, 2008; Segebrecht, 1993).

2.3 Wichtige Qualitätsmerkmale bei der Herstellung von Konfitüren

Aroma, Farbe, Geschmack, Konsistenz, Synärese, Vorgelierung und Fruchtverteilung sind die

Merkmale, die im Wesentlichen die Qualität von Konfitüre und Fruchtaufstrichen bestimmen.

Zum größten Teil hängen diese von der Auswahl der Früchte und des Pektins ab. Für Aroma,

Geschmack und Farbe sind vor allem die eingesetzten Früchte und der Zucker verantwortlich.

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Die Konsistenz wird mehr oder weniger von der Fruchtsorte mit unterschiedlichem

Eigenpektin- und Calciumgehalt beeinflusst. Da bei Früchten mit geringem Eigenpektingehalt

die Kochzeit nicht ausreicht, um das Pektin löslich und gelierfähig zu machen, wird zusätzlich

Pektin eingesetzt, um Konsistenz und Textur gezielt zu beeinflussen und Schwankungen von

Charge zu Charge zu vermeiden (Heiss, 2004; Drögemöller, 2011).

Eine Vorgelierung der Konfitüre ist unerwünscht, da diese zu einer zu geringen Festigkeit und

zu Synärese führen kann und sollte beim Herstellprozess auf alle Fälle vermieden werden. Die

Säure, die Calciumionen und das Pektin mit seiner spezifischen Geliertemperatur und

Gelierzeit beeinflussen die Vorgelierung. Vorgelierung tritt auf, wenn eine zu niedrige

Abfülltemperatur für das Produkt gewählt wurde. Wenn die Temperatur der Konfitüre unter

die Geliertemperatur des Pektins fällt, kann es auch bei Säurezugabe zu einer Vorgelierung

kommen. Aus diesem Grund erfolgt die Zugabe der Säure am Ende des Kochprozesses, wenn

die Temperatur oberhalb der Geliertemperatur des Pektins liegt (Herbstreith & Fox, 2007).

Ein weiteres wichtiges Kriterium für eine hohe Qualität einer Konfitüre ist die

Fruchtverteilung. Die Früchte sollen im Produkt gut verteilt sein und weder Aufschwimmen

noch sich am Glasboden absetzen. Wenn die Früchte eine geringere Dichte als die umgebende

Flüssigkeit besitzen, „schwimmen“ sie oben auf, bei einer höheren Dichte setzen sie sich am

Boden ab. Abhängig ist die Fruchtverteilung von der Viskosität, besonders der Fließgrenze

zum Zeitpunkt der Abfüllung. Um Fruchtaufschwimmen zu verhindern, muss der

Fruchtaufstrich beim Erreichen der Abfülltemperatur eine definierte Fließgrenze besitzen

(Endress und Pirker, 2009). Um ein Fuchtaufschwimmen von vornherein zu verhindern,

empfiehlt es sich, die Früchte vor der Verwendung in Zucker einzulegen.

2.4 Hoch- und niedrigveresterte Pektine

Pektin spielt bei der Herstellung von Konfitüren und Fruchtaufstrichen eine texturgebende

Rolle und soll freies Wasser immobilisieren. Die Ausbildung eines Gels mit optimalen

Eigenschaften ist abhängig vom Mengenverhältnis der Bestandteile Frucht, Zuckerarten,

Wasser, Säure und Pektin.

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Pektin ist ein Polysaccharid, welches natürlicher Bestandteil des pflanzlichen Zellgerüstes ist.

Mit großem technischem Aufwand wird Pektin aus Pflanzen gewonnen, die einen hohen

Pektingehalt im pflanzlichen Gewebe aufweisen z.B. Äpfel und Zitrusfrüchte. Aufgebaut ist

das Pektin aus D-Galakturonsäuremolekülen, die α-1-4-glykosidisch miteinander zur

Polygalakturonsäure verknüpft sind. Die Carboxylgruppen sind teilweise mit Methanol

verestert. Liegt ein Veresterungsgrad über 50 % vor, wird von hochverestertem Pektin, bei

einem Veresterungsgrad unter 50 % von niedrigverestertem Pektin gesprochen. Außerdem

gibt es noch amidierte Pektine, die mit Hilfe von Ammoniak entestert werden und somit ein

Teil der Estergruppen gegen Amidgruppen ausgetauscht werden.

Die Ausbildung eines stabilen Gels ist auf verschiedene chemische Vorgänge zurückzuführen:

Durch Zucker werden die Pektinmoleküle dehydratisiert, was eine Annäherung der

Polymerketten zur Folge hat und eine Vernetzung durch Wasserstoffbrückenbindungen

ermöglicht. Der niedrige pH-Wert bewirkt die Bildung von undissoziierten Carboxylgruppen,

sodass die Ketten sich nicht mehr elektrostatisch abstoßen. Bei hochveresterten Pektinen, die

bei einer Trockensubstanz höher als 55 % eingesetzt werden, hängt die Gelbildung

hauptsächlich von der Trockensubstanz und dem pH-Wert ab, es findet kaum eine Reaktion

mit Calciumionen statt. Niedrigveresterte Pektine sind dagegen in der Lage bei Anwesenheit

von Calciumionen zu gelieren: Die Pektinketten lagern sich über Calciumbrücken zusammen

und können somit unabhängig von pH-Wert und Trockensubstanz gelieren (Baltes, 2007;

Belitz et. al., 2001; Herbstreith & Fox, o. J.).

2.5 Aufbau und Funktionsweise des Labormischers Somakon MP5

Der Labormischer MP5 der Firma Somakon dient zum Mischen und Dispergieren von

Produktmengen im Labor- bzw. Technikumsmaßstab. Der Mischbehälter mit Doppelmantel

erfasst ein Volumen von 5 Litern, dessen Temperatur durch Dampf oder andere Medien

geregelt werden kann. In Abbildung 5 ist der Mischer mit seinen einzelnen Komponenten

dargestellt.

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Abbildung 5: Labormischer MP5 der Firma Somakon mit Bezeichnung der einzelnen Teile

(Fa. Somakon, 2011)

Der Mischer besteht aus einem Maschinenschrank, an dem der Mischbehälter mit

Hauptmotor, der das Mischwerkzeug antreibt, angebracht ist. Zur Steuerung des

Labormischers dient ein Bedienpanel mit Touchscreen auf dem Maschinenschrank. Mit Hilfe

der manuellen Schwenkvorrichtung kann der Mischbehälter in Schräglage versetzt werden,

was den Mischvorgang unterstützt oder der Entleerung des Behälters dient. Liquiline CM442

ist ein Multiparameter-Controller mit zwei Messkanälen, mit dem die pH-Wert-Messung

gesteuert wird. Die gewünschte Temperatur wird am zugehörigen Display eingestellt und

automatisch durch das angeschlossene Medium geregelt. Die momentane Ist-Temperatur wird

in diesem Display ebenfalls angezeigt.

Zum Mischbehälter gehören der Deckel und die TriClamp Klammer, welche für optimale

Abdichtung sorgt. Die optimale Anbringung wird durch einen Magnetsicherheitsschalter

gewährleistet. Ohne Freigabe des Schalters können die Mischwerkzeuge und die

Vakuumpumpe nicht in Betrieb genommen werden.

1 Steuerkasten

2 Bedienpanel (Touchscreen)

3 Not-Aus

4 Liquiline CM442

5 Manuelle Schwenkvorrichtung

6 Temperatureinstellung

7 Versorgung Doppelmantel

8 Rollen mit Feststellern

9 Versorgungsanschlüsse Doppelmantel

10 Hauptmotor

11 Behälteraufnahme (Schnellverriegelung)

12 Mischbehälter

13 Behälterdeckel

14 Getriebe Gegenläufermotor

15 Hauptschalter

16 Parkposition Gegenläufergetriebe

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Innen am Deckel ist ein zentrisch angeordnetes Abstreiferwerkzeug befestigt. Auf dem

Deckel ist ein abnehmbares Getriebe aufgesetzt, welches den Abstreifer gegenläufig zum

Mischwerkzeug bewegt. Zum Befüllen, zur Probenahme und zum Entleeren muss das

Schauglas entfernt werden. Desweiteren befinden sich Anschlüsse für das Belüftungsventil,

den Temperaturmessfühler, die pH-Sonde und die Halterung der Lampe am Deckel. In der

Abbildung 6 ist der Deckel im betriebsbereiten Zustand zu sehen.

Abbildung 6: Deckel des Labormischers MP5 mit Bezeichnung der Teile (Fa. Somakon,

2011)

Das Vakuum wird durch eine Membranvakuumpumpe des Typs Vacuubrand Membranpumpe

MZ2NT mit einem Nennsaugvermögen von rund 2 m3/h erzeugt, die im Maschinenschrank

eingebaut ist. Mit der Pumpe kann ein Vakuum von theoretisch bis zu 7 mbar absolut erreicht

werden. An der der Abbildung 5 abgewandten Seite befindet sich noch ein

Feststoffabscheider für den Luftstrom dieser Pumpe.

1 Schauglas

2 Halterung Lampe

3 Belüftungsventil

4 Temperaturfühler

5 pH-Messsonde

6 Getriebe Gegenläufer

7 Blindstopfen

8 Überdruckventil

9 Blindstopfen

10 TriClamp-Klammer

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3 Material und Methoden

3.1 Versuchsplanung

Um das Haupt- und die Nebenziele zu erreichen, müssen verschiedene Versuchsreihen

durchgeführt werden.

Zuerst sollen Konfitüren in Vorversuche als Handkochungen im Kochtopf ohne Vakuum

hergestellt werden. Dabei werden die Praktikumsrezepturen der Konfitüre extra und der

zuckerreduzierten Konfitüre zubereitet, um die Tauglichkeit der Rezepturen zu überprüfen

und eine Grundlage für weitere Rezepturanpassungen zu erhalten. Wichtig hierbei ist vor

allem die Beurteilung der Festigkeit um diese durch Verminderung oder Erhöhung des

Pektins gezielt anzupassen. Außerdem soll eine neue Rezeptur einer Konfitüre extra mit einer

Trockensubstanz von 60 Brix erprobt werden. Alle Rezepturen enthalten einen Masseanteil an

Erdbeeren von 50 %. Bei der Rezepturerstellung wurde angenommen, dass die Erdbeeren eine

mittlere Trockensubstanz von 10 % besitzen.

Um die Rezepturen besser unterscheiden zu können, wurden durchgehend folgende

Bezeichnungen verwendet: V an erster Stelle bedeutet Vorversuch, ein T an erster Stelle

bezeichnet den Technikumsversuch, das folgende X steht für Konfitüre extra bzw. das

folgende R bezeichnet die zuckerreduzierte Konfitüre. Danach folgt die Rezepturnummer.

Wurden mehrere Versuche einer Rezeptur durchgeführt, werden diese als Versuch 1, Versuch

2 usw. benannt. In Tabelle 1 sind die Rezepturen für die Vorversuche zusammengestellt.

Tabelle 1: Rezepturen der Vorversuche für Konfitüre extra und zuckerreduzierte Konfitüre

Rezeptur

Trockensub-

stanz [Brix]

Zucker [%]

Wasser

[%]

Pektin [%]

Zitronen-

säure [%]

Tricalcium-

citrat [%]

VX01 63 57,0 --- 0,5 0,5 ---

VX02 63 56,7 --- 0,8 0,5 ---

VX03 60 53,7 --- 0,8 0,5 ---

VX04 60 53,9 --- 0,6 0,5 ---

VR01 30 23,5 25,0 1,0 0,3 0,07

VR02 30 23,3 25,0 1,2 0,3 0,07

Für die Konfitüren mit hoher Trockensubstanz wird ein hochverestertes und für die

zuckerreduzierten Konfitüren ein niedrigverestertes Pektin eingesetzt. Es wird immer Pektin

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gleicher Charge verwendet. Bei den Versuchen VX01 und VR01 handelt es sich um die

Praktikumsrezepturen. Da bei den letzten Praktikumsversuchen die Konfitüre eine zu weiche

Textur aufwies, wurden Rezepturen mit höheren Pektingehalten erstellt. Aufgrund der

Ergebnisse der Texturanalyse wurde die Rezeptur VX04 erstellt. Da diese eine geringere

Trockensubstanz als Rezeptur VX01 besitzt, wurde die Pektinmenge um 0,1 % angehoben.

Die Planung der Technikumsversuche mit dem Labormischer baut auf die Ergebnisse der

Vorversuche auf. Dabei werden verschiedene Versuchsreihen geplant. Die Versuchsreihe 1

beinhaltet die Umsetzung der ausgewählten Vorversuche im Technikumsmaßstab. Besonders

wichtig ist die Durchführung am neuen Labormischer und deren Möglichkeiten und Grenzen.

Zum Vergleich soll ebenfalls eine Konfitüre in der Stephan Universalmaschine UM/SK 44E

hergestellt werden. Die Prozesszeit und -parameter werden in einem Datenblatt

aufgenommen. Die Auswertung dieser Versuchsreihe soll Aufschluss über die Tauglichkeit

des Labormischers zur Herstellung von Konfitüre und über die Unterschiede in Festigkeit und

Farbe zwischen unter Vakuum und unter Normaldruck hergestellter Konfitüre geben.

In der Versuchsreihe 2 sollen Rezepturen erstellt und umgesetzt werden, die zu einer in

Fruchtigkeit und Süße ausgewogenen Konfitüre führen. Dazu wird die Trockensubstanz von

63 Brix der Praktikumsrezeptur auf 60 Brix abgesenkt. Außerdem soll in den Versuchen

Saccharose zu einem bestimmten Anteil durch Glucosesirup ersetzt werden, da Glucose im

Vergleich zu Saccharose eine geringere Süßkraft besitzt. Die Trockensubstanz der

verwendeten Glucose wurde mit Hilfe des Handrefraktometers auf ca. 80 % bestimmt. In

Tabelle 2 finden sich die zur Versuchsreihe 2 erstellten Rezepturen.

Tabelle 2: Rezepturen einer Konfitüre extra mit 60 Brix, mit und ohne Glucosesirup

Rezeptur Zucker [%] Glucosesirup [%] Pektin [%] Zitronensäure [%]

TX04 53,9 0 0,6 0,5

TX05 46,0 10,0 0,6 0,5

TX06 41,9 15,0 0,6 0,5

Versuchsreihe 3 beinhaltet den Versuch anhand der Rezeptur TX04, inwieweit sich eine

spätere Zugabe des Pektins auf die Festigkeit der Konfitüre auswirkt. Hintergrund dabei ist,

dass es zwei Arten der Durchführung gibt: Zum einen kann die Pektinlösung nach Erreichen

der Zieltemperatur von 80 °C und vor Anlegen des Vakuums zudosiert werden, wie es in den

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restlichen Versuchen aufgrund von Erfahrungswerten auch durchgeführt wird. Zum Anderen

kann die Konfitüre erst auf eine bestimmte Trockensubstanz unter Vakuum eingedampft

werden und die Pektinlösung wird so zudosiert, dass die Zieltrockensubstanz von 60 bzw.

63 Brix mit der Zugabe erreicht wird. Letztere Variante gilt als schonender für das Pektin, d.h.

dass die so hergestellte Konfitüre fester sein sollte, da das Pektin weniger durch Hitze

beansprucht wird. Der Versuch soll zeigen, inwieweit diese Annahme stimmt.

3.2 Geräte und Rohstoffe

Abbe-Refraktometer NAR-1T (Fa. Atago)

Chroma-Meter CR-300 (Fa. Minolta)

Hand-Refraktometer N-2E (Fa. Atago)

Hand-Refraktometer 2111 (Fa. Kübler)

Labormischer MP5 (Fa. Somakon)

pH-Meter

Stephan UM/SK 44E

Texture Analyser TA.XT 2i, Messwerkzeug P/0,5 (½" Ø delrin AOAC for gelatine; Fa. Stable

Micro Systems Ltd.)

Einstichthermometer - TTX 100 type T (Fa. ebro Electronic)

Ultra Turrax T25 (Fa. IKA)

Gläser

Gummischaber

Messbecher

Probenbecher

Sieb

Verschlussdeckel aus Weißblech

Waage

Erdbeeren (Ursprungsland China, Lieferant: Uwe Jobmann GmbH)

Glucosesirup 52° (Hanseatische Zuckerraffinerie GmbH & Co. KG; MHD: 30.06.2013;

TS: 80 %)

Pektin

21

Tabelle 3: Übersicht der beiden eingesetzten Pektintypen

Pektintyp Hersteller Rohstoff Veresterungsgrad Lot.-Nr.

Classic AF 401 Herbstreith & Fox Apfel 62 % 1 11 05 187

Classic AF 703 Herbstreith & Fox Apfel 39 % 0 11 07 601

Saccharose (Nordzucker AG)

Tricalciumcitrat, reinst (Applichem GmbH, Charge: 3R02150)

Zitronensäure, wasserfrei (Carl Roth GmbH + Co. KG Karlsruhe, Charge: 340156459)

3.3 Durchführung der Vorversuche

Nachfolgend wird die Herstellung der Vorversuche beschrieben, die jeweils auf 1 Kilogramm

Endprodukt ausgelegt sind.

Zuerst werden die gefrorenen Früchte, der Zucker, und eventuell Wasser bei zuckerreduzierter

Konfitüre, zusammen in einen Topf eingewogen. Es wird erhitzt, um den Zucker zu lösen und

die Früchte aufzutauen. Bei der zuckerreduzierten Konfitüre wird Tricalciumcitrat abgewogen

und ebenfalls sofort dazu gegeben. Wenn die Früchte-Zucker-Mischung kocht, wird das

Pektin mit Hilfe des Ultra-Turrax in heißem Wasser in einen Messbecher gelöst und dann in

die Lösung im Topf dispergiert. Danach wird kristalline Zitronensäure zugegeben und der pH-

Wert gemessen. Falls sich dieser nicht im gewünschten Bereich befindet, kann noch

Zitronensäure zudosiert werden. Die Trockensubstanz wird mit einem Handrefraktometer

gemessen und, falls nötig, mit heißem Wasser auf den gewünschten Wert eingestellt. Die

fertige Konfitüre wird bei ca. 80 °C in Gläser abgefüllt und mit einem Deckel verschlossen.

Zur Vorbereitung der Texturanalyse werden ca. 300 ml der fertigen Konfitüre durch ein

feinmaschiges Sieb gestrichen und heiß in sechs kleine Probenbecher gefüllt.

Der Ablauf der Vorversuche ist übersichtlich in den Verfahrensfließbildern in Abbildung 7

für Konfitüre extra und in Abbildung 8 für die zuckerreduzierte Konfitüre dargestellt.

22

Abbildung 7: Verfahrensfließbild zur Konfitüre extra mit 60 bzw. 63 Brix

Bei allen Versuchen wird die gleiche neuartige Variante zur Herstellung der Pektinlösung

angewendet. Im Praktikum wurde das Pektin mit der 5-fachen Menge an Zucker vermischt

und dies im 80 °C heißen Wasser zu einer 5%igen Pektinlösung verrührt. Danach wurde die

Pektinlösung bis zur Verwendung bei einer Temperatur zwischen 55 - 75 °C gehalten. In

diesen Versuchen wird das Pektinpulver ohne Zucker in ca. 80 – 90 °C heißem Wasser mit

Hilfe eines Ultra-Turrax gelöst. Die Pektinlösung wird dabei frisch hergestellt und sofort zum

Produktansatz gegeben. Die hohen Drehzahlen des Ultra-Turrax gewährleisten eine gute

Lösung des Pektinpulvers.

Erhitzen, Lösen

Kochen

pH-Wert einstellen

TS einstellen

Abfüllen

Abkühlen

gefrorene Früchte, Zucker

Pektin (in 90 °C heißem Wasser

gelöst)

Zitronensäure

heißes Wasser (90 °C)

100 °C

3,0 – 3,1 (20 °C)

60 oder 63 Brix

80 °C

20 °C

23

Abbildung 8 : Verfahrensfließbild zu den Vorversuchen der zuckerreduzierten Variante

3.4 Durchführung der Technikumsversuche

Nachfolgend wird die Herstellung der Technikumsversuche im Labormischer MP5

beschrieben, die jeweils auf 2 Kilogramm Endprodukt ausgelegt sind.

Zuerst werden die gefrorenen Früchte und danach der Zucker über die Öffnung am Deckel in

den Behälter des Mischers gegeben. Dabei sollte der Hauptmotor auf mind.

100 Umdrehungen pro Minute eingeschaltet sein, damit sich Zucker und Früchte im Behälter

gut verteilen. Nach der Befüllung kann der Abstreifer ebenfalls eingeschaltet werden. Es wird

nun mittels Dampf (beheizter Doppelmantel) langsam erhitzt, um den Zucker zu lösen und die

Früchte aufzutauen. Während des Aufheizens wird die Pektinlösung hergestellt, indem das

benötigte Pektin mit einer ausreichenden Menge an heißem Wasser mittels Ultra-Turrax

homogenisiert wird. Wenn die Früchte-Zucker-Mischung eine Temperatur von ca. 80 °C

erreicht hat, wird die Pektinlösung über die Öffnung am Deckel zu dosiert. Die Konfitüre

wird nun unter Vakuum und Dampfzufuhr bis zur Erreichung der gewünschten

Trockensubstanz eingedampft. Der pH-Wert des Produktes wird nach dem Eindampfen mit

Erhitzen, Lösen

Kochen

pH-Wert einstellen

TS einstellen

Abfüllen

Abkühlen

gefrorene Früchte, Zucker, Wasser,

Calciumcitrat

Pektin (in 90 °C heißem Wasser

gelöst)

Zitronensäure

heißes Wasser (80 °C)

100 °C

3,2 – 3,4 (20 °C)

30 Brix

80 °C

20 °C

24

Hilfe von kristalliner Zitronensäure eingestellt. Die fertige Konfitüre wird dem Labormischer

entnommen, bei ca. 80 °C in Gläser abgefüllt und mit einem Deckel verschlossen. Zur

Vorbereitung der Texturanalyse wird ein Teil der fertigen Konfitüre durch ein feinmaschiges

Sieb gestrichen und heiß in sechs kleine Probenbecher gefüllt.

Der Ablauf der Vorversuche ist übersichtlich in den Verfahrensfließbildern in Abbildung 9

für Konfitüre extra und in Abbildung 10 für die zuckerreduzierte Konfitüre dargestellt.

Abbildung 9: Verfahrensfließbild zur Herstellung von Konfitüre extra im Labormischer MP5

und Stephan UM/SK 44E

Erhitzen, Lösen

Eindampfen unter Vakuum

TS einstellen

pH-Wert einstellen

Abfüllen

gefrorene Früchte, Zucker, evtl. Glucosesirup

Pektinlöung (80 °C)

evtl. heißes Wasser (80 °C)

Zitronensäure

80 – 90 °C

3,0 – 3,1

60 bzw. 63 Brix

80 °C

Wasser

Abkühlen 20 °C

25

Abbildung 10: Verfahrensfließbild zur Herstellung von zuckerreduzierter Konfitüre im

Labormischer MP5

3.5 Analytische Methoden

3.5.1 Textur Analyse

Für die Texturanalyse wird der Texture Analyser TA.XT 2i der Firma Stable Micro Systems

verwendet bestehend aus einer Arbeitsplattform, einem beweglichen Messarm mit integrierter

Kraftzelle und variablen Prüfkörpern. Die Daten werden mit Hilfe der Software TEE 32

(Version 5.1.2.0) aufgenommen. Bei allen Messungen wurde eine 5-Kilogramm-Messzelle

verwendet. Als Prüfkörper wurde ein zylindrischer Plexiglaskörper mit einem Durchmesser

von 12,7 mm ausgewählt (P/0,5 delrin AOAC for gelatine). Das von der Firma Stable Micro

Systems empfohlene Messwerkzeug für stückige Produkte, „Multi Puncture Probe“, erzeugt

nur bedingt reproduzier- und vergleichbare Ergebnisse (Hrouda, 2007).

Um reproduzierbare Ergebnisse bei der Texturmessung zu erhalten, wird ein Teil der

Konfitüre für die Texturmessung durch ein feines Sieb gestrichen, um keine störenden

Erhitzen, Lösen

Eindampfen unter Vakuum

TS einstellen

pH-Wert einstellen

Abfüllen

gefrorene Früchte, Zucker, Wasser,

Calciumcitrat

Pektinlöung (80 °C)

heißes Wasser (80 °C)

Kaliumsorbat, Zitronensäure

80 – 90 °C

3,2 – 3,4

30 Brix

80 °C

Wasser

Abkühlen 20 °C

26

Fruchtstücke in der Probe zu haben. So können große Schwankungen zwischen den

Messwerten aufgrund im Becher ungleichmäßig verteilter Fruchtstücke vermieden werden.

Die Probe für die Texturmessung wird vor Beginn der Messung mittig auf die

Arbeitsplattform des Texture Analysers gestellt. Bei der Texturanalyse wird der Prüfkörper

mit einer konstanten Geschwindigkeit über eine festgelegte Teststrecke bewegt. Wenn der

Prüfkörper die Oberfläche der Probe erreicht, beginnt die Messung. Die Ergebnisse werden

grafisch als Zeit-Kraft-Kurve durch die Analysesoftware dargestellt und die Festigkeit wird

als Fläche unter der Kurve automatisch ermittelt. Die Kurve gibt Aufschluss über

Gelfestigkeit und Textureigenschaften eines Gels. Außerdem wird die maximal aufgebrachte

Kraft aufgezeichnet, die der Prüfkörper benötigt, um das Gel zu brechen.

Für alle Messungen wurden die in der Tabelle 4 aufgeführten Einstellungen gewählt.

Tabelle 4: Messeinstellungen des Texture Analysers TA.XT 2i

Parameter Einstellungen

Test Art Kraftmessung durch Druck

Vorschubgeschwindigkeit in mm/s 2,00

Testgeschwindigkeit in mm/s 1,00

Rückgeschwindigkeit in mm/s 2,00

Weg in mm 20,00

Auslösewert Auto (Kraft)

Auslösekraft in g 10,00

Weg (vor Test) in mm 2,00

Stopp Aufzeichnung bei Start Position

Die Proben werden immer einen Tag nach der Herstellung gemessen. Jede Probe wird nur

einmal zu Messzwecken verwendet. Insgesamt werden pro Konfitüre jeweils fünf Messungen

durchgeführt.

3.5.2 Farbmessung

Der Farbeindruck wird beeinflusst durch die Art der Lichtquelle, das individuelle

Farbempfinden, den Objekthintergrund und die Betrachtungsweise bzw. den Blickwinkel.

Farben können anhand der Merkmale Farbton, Helligkeit und Sättigung klassifiziert werden.

27

Um Farben „messen“ zu können, wurden Farbmesssysteme entwickelt, die die Farbe eines

Objektes mit Hilfe von Zahlenwerten kennzeichnen. Die bekanntesten Farbsysteme sind das

Yxy-Farbsystem und der L*a*b*-Farbraum. L* gibt Aufschluss über die Helligkeit, a* und b*

charakterisieren gleichzeitig den Buntton und die Buntheit einer Farbe.

Für die Farbmessung wird das Chroma-Meter CR-300 der Firma Minolta verwendet. Es

wurde mit dem L*a*b*-Farbraum gearbeitet, da dieser den Vorteil hat, in der besseren

Übereinstimmung zwischen geometrischem und empfundenem Farbabstand zu liegen. Die

Messbereiche umfassen für die Farbkoordinate a* Zahlenwerte von +60 (rot) bis -60 (grün),

für die Farbkoordinate b* Zahlenwerte von +60 (gelb) bis -60 (blau) und für die Helligkeit

von 0 (schwarz) bis 100 (weiß).

.

Vor einer Messreihe wird das Chroma-Meter mit Standardweiß kalibriert. Alle Proben werden

von oben, ohne dass sich zwischen Messgerät und Probe noch eine Schicht befindet, im

Probenbehälter vermessen. Für jede hergestellte Konfitüre werden drei Messungen

durchgeführt und dann der Mittelwert und die Standardabweichung berechnet. Mittels der

Gleichung 1 kann außerdem der Farbabstand zwischen zwei Farben berechnet werden.

∆� = �(�� − ��)� + (�� − ��)� + (� − �)� (Gl. 1)

Ein Farbabstand bis 1 ist kaum bzw. nur für das geübte Auge sichtbar, bis zu einem Wert von

4 ist ein Farbunterschied wahrnehmbar, der aber noch relativ gering und vom Betrachter

tolerierbar ist. Ab einem Farbunterschied von 5 wird vom Betrachter eine andere Farbe

wahrgenommen (Liebmann, 2003; Tscheuschner, 2004).

28

4 Ergebnisse

4.1 Auswertung der Vorversuche

Im Rahmen der Vorversuche wurden vier Rezepturen Konfitüre extra und zwei Rezepturen

zuckerreduzierter Konfitüren hergestellt. In der Tabelle 5 sind die vorgegebenen und

gemessenen Werte für die Trockensubstanz und den pH-Wert aufgelistet.

Tabelle 5: Soll-Ist-Vergleich der Vorversuche

Rezeptur

TS Soll

[Brix]

TS Ist [Brix]

pH-Wert Soll

pH-Wert Ist

Pektinkonz.

[%]

VX01 63,0 64,5 3,0 – 3,1 3,08 0,5

VX02 63,0 64,5 3,0 – 3,1 3,01 0,8

VX03 60,0 62,0 3,0 – 3,1 3,00 0,8

VX04 60,0 60,5 3,0 – 3,1 3,01 0,6

VR01 30,0 32,0 3,2 – 3,4 3,25 1,0

VR02 V1

VR02 V2

30,0

30,0

33,5

30,5

3,2 – 3,4

3,2 – 3,4

3,25

3,20

1,2

1,2

Schwankungen der Trockensubstanz von 1 bis 1,5 Brix sind tolerierbar und auf die

Ungenauigkeit der Handrefraktometer zurückzuführen. Die Konfitüre wurde während der

Herstellung nur mit den Handrefraktometern im jeweiligen Brix-Bereich gemessen und bei

Erreichen der Soll-Trockensubstanz abgefüllt. Am nächsten Tag wurden die Proben, die auch

zur Texturmessung verwendet wurden, zur Kontrolle mit einem Laborrefraktometer

nachgemessen. Bei Abweichungen von 2 und mehr Brix sollten die Versuche wiederholt

werden, um repräsentative Ergebnisse bei der Texturanalyse zu erhalten.

Der pH-Wert spielt bei der Gelierung ebenfalls eine große Rolle und sollte sich auf alle Fälle

im angegebenen Bereich befinden. Dies war bei allen Versuchen der Fall.

Alle hergestellten Konfitüren gelierten ausreichend fest, wobei die Konfitüren VX02 und

VX03 sogar zu fest und zu gummiartig wurden. Der beschriebene Mangel, dass die

Konfitüren bei den Praktikumsversuchen zu weich wurden, konnte nicht festgestellt werden.

Es lässt sich also eine falsche bzw. zu geringe Dosierung des Pektins ausschließen. Der Fehler

kann in der Art der Dosierung und Einbringung des Pektins gesucht werden.

29

Da 0,8 % Pektin bei einer Trockensubstanz von 60 Brix zu einem gummiartigen Produkt

führt, wurde Rezeptur VX04 mit einem Pektinanteil von 0,6 % entwickelt. Die Rezepturen

VX01, VX04, VR01 und VR02 führten zu einem angenehm streichfähigem Produkt.

Aussagekräftiger zum Thema Festigkeit ist die Texturmessung. Die Ergebnisse werden in

Punkt 4.3 zusammen mit den Ergebnissen der im Technikum hergestellten Konfitüren

besprochen und verglichen.

Der Versuch zur zuckerreduzierten Konfitüre VR02 wurde wiederholt, da die

Trockensubstanz zu hoch ist und außerhalb des Schwankungsbereiches liegt. Außerdem ergab

die Texturanalyse widersprüchliche Ergebnisse (dazu mehr unter 4.4), so dass angenommen

wurde, dass die Pektinmenge falsch eingewogen wurde.

Aufgrund der Abweichung von 2 Brix zum Sollwert hätte auch die Rezeptur VX03 wiederholt

werden müssen. Da jedoch entschieden wurde, die Rezeptur wegen der gummiartigen Textur

nicht weiter in den Technikumsversuchen zu verwenden, wurde auf eine Wiederholung

verzichtet. Es wird davon ausgegangen, dass 0,8 % Pektin eine zu hohe Dosierung ist. Es wird

auch die Konfitüre VX02 mit der gleichen Pektinkonzentration von weiteren Versuchen

ausgenommen. Die Konfitüre VX02 hatte außerdem einen stark karamellisierten Geruch und

eine deutlich dunklere Farbe als die anderen. Wahrscheinlich wurde sie zu Beginn zu stark

erhitzt, so dass sie leicht am Topfboden anbrannte. Eine Wiederholung des Versuches wurde

wegen der hohen Pektindosierung in der Rezeptur nicht durchgeführt.

Bei allen Kochungen unter Atmosphärendruck war eine starke Schaumbildung zu beobachten.

Sobald das Kochgut zu sieden begann, bildete sich eine Schaumschicht an der Oberfläche.

Der Schaum wurde geringer, aber verschwand im Verlauf der Herstellung nicht vollständig.

Die Konfitüren und die Proben hatten nach der Abfüllung eine stabile „Schaumkrone“. Dem

Schaum hätte eventuell mit einem geeigneten Schaumdepressor entgegen gewirkt werden

können. Um auf solche Mittel, die dann ebenfalls in der Zutatenliste auftauchen müssten, zu

verzichten, kann der Schaum auch abgeschöpft werden. Probleme mit Schaum begegnet man

in der Regel bei der Herstellung unter Vakuum nicht oder nur selten.

Der Herstellprozess dauerte ca. 20 Minuten bei zuckerreduzierter Konfitüre bis höchstens

40 Minuten bei Konfitüre extra.

Aus den Ergebnissen dieser Versuche wurden folgende Rezepturen für einen

Technikumsversuch ausgewählt: VX01, VX04, VR01 und VR02. Bei der Rezeptur VX01

handelt es sich um die ursprüngliche Praktikumsrezeptur und sie soll zu Vergleichszwecken

30

hergestellt werden. VX04 ist die Rezeptur, auf deren Grundlage die Versuchsreihe 2,

Verringerung der Süße, aufbaut. Aufgrund der Ergebnisse der Texturmessung wurde

entschieden, beide zuckerreduzierten Rezepturen im Technikumsmaßstab umzusetzen, um mit

Hilfe weiterer Ergebnisse einen Grund für die Schwankungen auszumachen.

4.2 Auswertung der Technkikumsversuche

4.2.1 Versuchsreihe 1 bis 3

In der Tabelle 6 sind die ausgewählten und durchgeführten Versuche der Versuchsreihe 1

dargestellt.

Tabelle 6: hergestellte Rezepturen der Versuchsreihe 1 für Konfitüre extra und

zuckerreduzierte Konfitüre

Rezeptur

Trockensub-

stanz [Brix]

Zucker [%]

Wasser

[%]

Pektin [%]

Zitronen-

säure [%]

Tricalcium-

citrat [%]

TX01 63 57,0 --- 0,5 0,55 ---

TX04 60 53,9 --- 0,6 0,55 ---

TR01 30 23,5 25,0 1,0 0,30 0,07

TR02 30 23,3 25,0 1,2 0,30 0,07

Die Rezeptur TX04 wurde jeweils im Somakon Labormischer und im Stephan hergestellt.

Während der Herstellung wurden in einem selbst erstellten Datenblatt die Prozessparameter

protokolliert. Da beim Somakon Labormischer eine Temperaturdifferenz zwischen der

Anzeige für den Ist-Wert am Fenster für die Temperatureinstellung und der Anzeige

„Produkttemperatur“ am Bedienpanel sichtbar wurde, wurde die Temperatur zusätzlich mit

einem Thermometer nachgemessen, wenn kein Vakuum anlag.

Zum Zeitpunkt der Herstellung der Konfitüren war das Einbaumodul für die pH-Sonde noch

nicht geliefert, sodass die pH-Wert-Entwicklung nicht mit aufgenommen werden konnte,

sondern nach Zugabe von Zitronensäure manuell gemessen wurde.

Im Protokoll wurde ebenfalls festgehalten, zu welchem Zeitpunkt Pektin und Zitronensäure

zugegeben wurden. In Tabelle 7 sind die hergestellten Konfitüren mit den Werten der

Trockensubstanz und des pH-Wertes einen Tag nach der Herstellung aufgelistet.

31

Tabelle 7: Soll-Ist-Vergleich der in Versuchsreihe 1 hergestellten Konfitüren

Rezeptur TS Soll [Brix] TS Ist [Brix] pH-Wert Soll pH-Wert Ist

TX01 63,0 64,0 3,0 – 3,1 3,01

TX04 V1 60,0 60,0 3,0 – 3,1 3,01

TX04 V3 60,0 60,5 3,0 – 3,1 3,02

TR01 30,0 31,5 3,2 – 3,4 3,20

TR02 30,0 31,5 3,2 – 3,4 3,21

Trockensubstanz und der pH-Wert lag bei allen durchgeführten Versuchen in akzeptierbaren

Schwankungsbereichen.

Bei der Handhabung des Somakon Labormischers haben sich folgende Erkenntnisse ergeben:

Das Befüllen des Labormischers erfolgt am besten bei geschlossenem Deckel durch das

geöffnete Schauglas, welches dann als Einfüllstutzen fungiert. Es empfiehlt sich die

Verwendung eines Trichters, um das Befüllen zu erleichtern. Während des Einfüllens sollte

das Mischwerkzeug auf geringer Drehzahl laufen, damit eine relativ gleichmäßige Verteilung

von Zucker und Erdbeeren innerhalb des Mischbehälters gewährleistet wird. Um größere

Mengen zu verarbeiten, wäre es besser, die Erdbeeren vorher anzutauen, da sie im gefrorenen

Zustand ein sehr großes Volumen einnehmen, was den Mischbehälter mit ca. zwei

Kilogramm Rohware ausfüllt. Es sollte aber auch nicht mit geringeren Mengen als zwei

Kilogramm gearbeitet werden, da nach der Verflüssigung der Temperaturfühler nicht mehr

ausreichend weit ins Produkt eintaucht. Das Abstreiferwerkzeug sollte beim Befüllen vorerst

noch ausgeschaltet sein, da das Getriebe zu wenig Kraft hat, um die Früchte zu bewegen.

Es sollte langsam auf 80 °C hochgeheizt werden, damit starke Hitze am Rand nicht zum

Anbrennen führen kann. Sobald die Früchte leicht angetaut sind, kann auch der Abstreifer

angeschaltet werden.

Beim Anlegen des Vakuums ist ein starkes Schäumen zu beobachten. Um ein Überschäumen

zu verhindern, sollte das Vakuum auch nur in kleinen Schritten auf den gewünschten Wert

erhöht werden, gegebenenfalls kann auch das Falschluftventil leicht geöffnet werden. Die

Pumpe sollte auf keinen Fall Schaum ansaugen, da dies zu Verunreinigungen führen kann.

Das Schauglas wurde zusätzlich mit einem Wischer ausgestattet, da es permanent beschlägt

und so die Sicht auf das Produkt behindert wird.

32

Um das Produkt am Ende zu entnehmen, wird das Sichtfenster entfernt und der Behälter in

Schräglage versetzt. Das Mischwerkzeug und der Abstreifer sollten dabei rotieren, so wird

das Produkt gut aus dem Behälter ausgebracht.

Als problematisch erwies sich beim Verschließen des Deckels die so genannte

„Deckelabfrage“, da diese nur in einem sehr engen Bereich freigegeben wird. Außerdem

konnte festgestellt werden, dass, entgegen der Annahme, trotz nicht freigegebener

Deckelabfrage das Mischwerkzeug in Betrieb genommen werden kann. Um eine

Verletzungsgefahr zu vermeiden, sollte dies unbedingt geändert werden. Das einzige, was bei

nicht freigegebener Deckelabfrage nicht funktioniert, ist die Vakuumpumpe.

Die Versuche mit dem Somakon Labormischer dauerten von 40 Minuten bei der

zuckerreduzierten Konfitüre bis 110 Minuten bei der Konfitüre extra. In der Abbildung 11

sind die Prozessparameter Temperatur und Druck über die Prozesszeit des kürzesten

Versuches dargestellt.

Abbildung 11: Prozessparameter über die Prozesszeit von TR02

Hergestellt wurde in dem Fall die zuckerreduzierte Konfitüre mit 30 Brix. Die Soll-

Temperatur wurde am Fenster für die Temperatureinstellung eingestellt, wo auch gleichzeitig

die Ist-Temperatur abgelesen werden konnte. Bei „Temperatur Anzeige Panel“ handelt es sich

um die Temperatur, die als Produkttemperatur im Bedienpanel angegeben wurde. Es ist zu

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

100

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Druc

k [b

ar]

Tem

pera

tur [

°C]

Prozesszeit [min]

Temp. Soll [°C] Temp. Ist Anzeige [°C] Temp. Handmessung [°C]

Temp. Anzeige Panel [°C] Druck [bar]

33

erkennen, dass die Temperatur des Panels deutlich unter der angezeigten Ist- und der per

Hand gemessenen Temperatur liegt. Außerdem wird aus dem Diagramm ersichtlich, dass der

Kurvenverlauf der angezeigten Produkttemperatur sehr ähnlich dem Kurvenverlauf der Ist-

Temperatur ist und die Temperaturdifferenz prinzipiell ansteigt: Je höher der

Temperaturbereich, desto höher auch die Temperaturdifferenz. Durch die starken

Abweichungen von bis zu 15 °C kann die angezeigte Produkttemperatur nicht für die

Prozesskontrolle herangezogen werden. Die per Hand gemessene Temperatur liegt, außer

während der ersten 10 Minuten des Prozesses, etwas über der angezeigten Ist-Temperatur, im

Mittel um die 5 °C. Das Vakuum wurde von Minute 26 bis Minute 35 angelegt. In dieser Zeit

von 9 Minuten stieg die Trockensubstanz von anfänglich 29 Brix auf 31 Brix an, d.h. es

wurden 4,4 ml pro Minute verdampft.

Die Abbildung 12 beinhaltet dieses Diagramm für den kürzesten Prozess einer Konfitüre

extra. Es handelt sich hierbei um die Rezeptur 4 Versuch 1, welcher 70 Minuten dauerte.

Abbildung 12: Prozessparameter über die Prozesszeit von TX04 V1

Die Bezeichnungen der Temperaturen sind analog zur Abbildung 11. Hier lässt sich ebenfalls

wieder die gleiche Abweichung zwischen der angezeigten Produkttemperatur des Panels und

der angezeigten Ist-Temperatur ausmachen und sie ist ebenfalls in den niedrigeren

Temperaturbereichen kleiner, die größte Abweichung sind auch hier 15 °C. Die Differenz

zwischen der per Hand gemessenen und der angezeigten Ist-Temperatur ab 10 Minuten

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Druc

k [b

ar]

Tem

pera

tur [

°C]

Prozesszeit [min]

Temp. Soll [°C] Temp. Ist [°C] Temp. Gemessen [°C]

Temp. Anzeige [°C] Druck [bar]

34

beläuft sich auf ca. 3 °C und ist hier somit etwas niedriger als bei dem vorher beschrieben

Versuch. Die Trockensubstanz betrug nach Zugabe der Pektinlösung (ca. 200 ml) nach

20 Minuten ca. 45 %. Danach wurde die Vakuumpumpe eingeschaltet und das Vakuum

schrittweise auf 0,4 bar absolut eingestellt. Nach 22 Minuten unter Vakuum wurde dieses

gebrochen, eine Trockensubstanz von 56 % gemessen und die Zitronensäure zudosiert. Es

wurde noch einmal ein Druck von 0,4 bar absolut für 15 Minuten angelegt. Die Konfitüre

wurde dann mit einer Trockensubstanz von 59,5 % entnommen. Für eine insgesamt

auszudampfende Wassermenge von ca. 300 ml wurden 37 Minuten unter Vakuum benötigt,

was folglich ca. 8 ml Wasser pro Minute entspricht. Dabei sollte aber nicht außer Acht

bleiben, dass auch schon Wasser unter Atmosphärendruck verdampft ist und so die tatsächlich

unter Vakuum verdampfte Wassermenge noch kleiner ist.

Die gleiche Rezeptur wurde auch in der Stephan Universalmaschine UM/SK 44E hergestellt

(Abbildung 13).

Abbildung 13: Prozessparameter über die Prozesszeit von TX04 V3 mit der Stephan

Universalmaschine

In der Stephan Universalmaschine wurde die Ist-Temperatur nicht noch einmal überprüft, da

dafür jedes Mal der Deckel hätte entfernt werden müssen, was wiederum zu

Temperaturschwankungen führt und einen immensen Aufwand bedeutet. Insgesamt dauerte

die Herstellung 40 Minuten, wobei insgesamt 21 Minuten bei einem Druck von 0,4 bar

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Druc

k [b

ar]

Tem

pera

tur [

°C]

Prozesszeit [min]

Temp. Soll [°C] Temp. Ist [°C] Druck [bar]

35

absolut eingekocht wurde. In einer Minute wurden also ca. 14,3 ml ausgedampft, wenn das

unter Atmosphärendruck verdunstete Wasser auch hier vernachlässigt wird.

In der Versuchsreihe 2 sollten Rezepturen erstellt und umgesetzt werden, die zu einer in

Fruchtigkeit und Süße ausgewogenen Konfitüre führen. Da die Konfitüre nur mit Zucker

immer als zu süß bewertet wurde, ist versucht worden, die Süße durch eine geringere

Trockensubstanz und den Einsatz von Glucosesirup zu mindern. In Tabelle 8 sind die für die

Versuchsreihe 2 hergestellten Konfitüren aufgelistet mit den Werten der Trockensubstanz und

des pH-Wertes einen Tag nach der Herstellung.

Tabelle 8: Soll-Ist-Vergleich der in Versuchsreihe 2 hergestellten Konfitüren

Rezeptur

TS Soll

[Brix]

TS Ist

[Brix]

pH-Wert

Soll

pH-Wert

Ist

Anteil Glucose-

sirup [%]

TX01 63,0 64,0 3,0 – 3,1 3,01 0

TX04 60,0 60,0 3,0 – 3,1 3,01 0

TX05 60,0 59,5 3,0 – 3,1 3,04 10,0

TX06 60,0 60,0 3,0 – 3,1 3,03 15,0

Die Konfitüren wurden von 3 Personen verkostet und anhand der Fruchtigkeit, Süße und

Konsistenz beurteilt und untereinander verglichen. Dabei wurde die Annahme bestätigt, dass

die Rezeptur 1 sehr süß und wenig fruchtig ist. Im Vergleich zu Rezeptur 1 war Rezeptur 4

mit der geringeren Trockensubstanz etwas weniger süß, besaß eine angenehmere und weniger

feste Konsistenz, aber wurde auch als zu wenig fruchtig beurteilt. Von den selbst hergestellten

Produkten wurde Rezeptur 6 favorisiert, da diese weniger süß und fruchtiger als die anderen

wahrgenommen wurde. Störend wurde bei Rezeptur 6 die feste Konsistenz beurteilt. Es sollte

auch festgestellt werden, was die selbsthergestellten Konfitüren von einer industriell

hergestellten Konfitüre extra unterscheidet. Gegen die vier selbst hergestellten Konfitüren

wurde ein Industrieprodukt verkostet, indem ebenfalls Glucosesirup zum Einsatz kommt und

welches eine Trockensubstanz von 61,5 Brix besitzt. Insgesamt reichten die selbst

hergestellten Konfitüren nicht an die industriell hergestellte Konfitüre heran, die vor allem

viel fruchtiger ist und eine angenehm streichfähige Konsistenz besitzt.

Einen ausschlaggebenden Einfluss auf den Geschmack und die Fruchtigkeit der Konfitüre hat

die Rohware. So kann mit verschiedenen Erdbeersorten ein ganz unterschiedlicher

36

Geschmack erreicht werden. Der Geschmack der Frucht wird natürlich auch durch die

Wachstumsbedingungen und durch den Reifegrad beeinflusst, so dass sich sogar der

Geschmack innerhalb der gleichen Sorte unterscheiden kann. Es wäre also zu empfehlen, dass

die Rohware für weitere Versuche gezielt ausgewählt wird, z.B. aromatischere Erdbeeren

ausgesucht werden. Eine interessante Alternative wäre auch, die Rezeptur so zu verändern,

dass mehr Frucht und weniger Zucker eingesetzt wird. Dadurch muss die Konfitüre aber

aufgrund eines niedrigerer Anfangstrockensubstanz stärker eingekocht werden. Denkbar wäre

auch anstatt einer reinen Erdbeerkonfitüre eine Mischung mit anderen Früchten herzustellen,

z.B. zusätzlich rote Johannisbeeren und Himbeeren einzusetzen. Da die Früchte säuerlicher

als Erdbeeren sind, könnte so auch eine zu süße Konfitüre verhindert werden.

Einfluss auf den Geschmack kann auch die lange Kochzeit im Somakon Labormischer haben.

Durch chemische und physikalische Prozesse können sich Aromastoffe verflüchtigen oder

sogar inaktivieren.

Um ein aussagekräftige Schlussfolgerung zum Geschmack zu ziehen, hätte ein sensorisches

Panel mit einer sensorischen Prüfung herangezogen werden müssen. Darauf wurde jedoch

verzichtet, da die Herstellmethode noch nicht zufriedenstellend ausgereift war.

Die Versuchsreihe 3 sollte Aufschluss darüber geben, ob eine spätere Pektinzugabe die

Festigkeit des Gels beeinflusst. Von allen Versuchen war dieser der mit der längsten

Prozesszeit von 110 Minuten (Abbildung 14).

Abbildung 14: Prozessparameter über die Prozesszeit von TX04 V2

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110

Druc

k [b

ar]

Tem

oera

tur [

°C]

Prozesszeit [min]

Temp. Soll [°C] Temp. Ist [°C] Temp. Gemessen [°C]

Temp. Anzeige [°C] Druck [bar]

37

Die Trockensubstanz betrug zu Beginn 57 Brix. Es war geplant, die Zutaten bis 65 Brix

eindampfen zu lassen und dann das Pektin zu zugeben. Da nach 91 Minuten (41 Minuten

unter Vakuum) die Trockensubstanz gerade einmal 5 % gestiegen war, wurde beschlossen,

die Pektinlösung einzubringen und nach guter Durchmischung noch einmal zu messen.

Überraschenderweise wurden dann 61 Brix gemessen. Also wurde der Prozess nach Zugabe

von Zitronensäure und noch etwas Wasser, um 60 Brix Endtrockensubstanz zu erreichen,

beendet. Die Messung der Trockensubstanz am nächsten Tag mit dem Abbe-Refraktometer

ergaben 59,5 Brix. Es stellt sich nun die Frage, ob die Messung mit dem Handrefraktometer

fehlerhaft war und die tatsächliche Trockensubstanz nach 91 Minuten doch höher lag. Ein

Grund für die fehlerhafte Messung könnte sein, dass sich der Bereich von 62 bis 65 Brix bei

dem einen Handrefraktometer im oberen, bei dem anderen Refraktometer im unteren

Messbereich befunden hat. An den Randbereichen kann es zu Messungenauigkeiten kommen.

Für den Temperaturabfall bei Minute 40 ist ein Festfahren des Abstreifers verantwortlich. Der

Prozess und die Prozesszeit wurde gestoppt und der Abstreifer repariert, dazu musste der

Dampf zur Beheizung des Rührkessels abgestellt werden. Glücklicherweise befand sich noch

kein Pektin im Produkt, da Temperaturen von 60 °C schon zur Vorgelierung geführt hätten.

In der Versuchsreihe 3 wurden aufgrund der langen Prozesszeit keine Versuche mehr

durchgeführt. Da aufgrund der zunehmenden Viskosität sich bei höheren Trockensubstanzen

das Wasser nur noch schwer ausdampfen lässt, ist es zweckmäßiger, die Pektinlösung

möglichst früh mit in den Prozess zu geben. Die Texturmessung ergab auch keinen Vorteil in

einer späten Zugabe der Texturmessung. Mehr dazu unter Punkt 4.3.1.

4.2.2 Verdampfungsversuch

Da für die Herstellung einer Charge von 2 kg Konfitüre im Somakon Labormischer im

Vergleich zur Stephan Universalmaschine extrem lange Prozesszeiten benötigt werden, wurde

beschlossen, einen Verdampfungsversuch durchzuführen. Zum direkten Vergleich wurde

dieser ebenfalls bei der Stephan Universalmaschine durchgeführt. Dazu wurden jeweils 2 kg

Wasser eingewogen und auf 80 °C erhitzt. Bei Erreichen der Temperatur wurde ein Druck

von 0,4 bar absolut eingestellt und die Zeit gestoppt. Nach 30 Minuten wurde die Masse an

Wasser, die im Kessel verblieben ist, ausgewogen und so die verdampfte Wassermenge

ermittelt. Es wurde in beiden Maschinen eine Doppelbestimmung durchgeführt. Die

Ergebnisse sind in Tabelle 9 zusammengefasst.

38

Tabelle 9: Ergebnisse der Verdampfungsversuche im Somakon Labormischer und in der

Stephan Universalmaschine

ausgedampfte

Wassermenge 1

[g]

ausgedampfte

Wassermenge 2

[g]

Mittelwert [g]

Mittelwert

[kg/h]

Somakon

Labormischer

206,5

210,5

208,5

0,417

Stephan

Universalm.

873,0

809,3

841,2

1,682

Es konnte festgestellt werden, dass die Stephan Universalmaschine 4-mal so schnell Wasser

wie der Somakon Labormischer verdampft. In der Stephan Universalmaschine befindet sich

eine Flüssigkeitsringvakuumpume des Typs LEM 25 hergestellt von der Firma Sterling SIHI

GmbH. Der Pumpenkennlinie der Betriebsanleitung kann entnommen werden, dass eine

solche Pumpe mit einer Leistung von 50 Hz einen Ansaugvolumenstrom von 24 m3/h (mit

wasserdampfgesättigter Luft, 20 °C) besitzt. Die Vacuubrand Membranpumpe MZ2NT des

Somakon Labormischers besitzt dagegen nur ein Nennsaugvolumen von 2 m3/h. Um dies mit

den aufgenommenen Werten vergleichen zu können, müssen diese zuvor noch umgerechnet

werden. Dabei wird angenommen, dass die Dichte von gesättigtem Wasserdampf bei 0,4 bar

und 76 °C 0,252 kg/m3 ist (Dampftabelle) und ein genau so beschaffener Dampf von den

Pumpen abgesaugt wurde. Dann ergibt sich für das tatsächliche Ansaugvolumen für die

Membranpume ein Wert von 1,65 m3/h und für die Flüssigkeitsringvakuumpumpe ein Wert

von 6,68 m3/h. Die theoretischen und praktischen Werte der Ansaugvolumenströme sind in

Tabelle 10 noch einmal zusammengefasst.

Tabelle 10: theoretische und praktische Werte der Ansaugvolumenströme

Ansaugvolumen-

strom theor.

[m3/h]

Wassermasse

theor.1 [kg/h]

Ansaugvolumen-

strom prakt. 1

[m3/h]

Wassermasse

prakt.1 [kg/h]

Somakon

Labormischer

2,0

0,504

1,65

0,417

Stephan

Universalm.

24,0

6,048

6,68

1,682 1 Druck = 0,4 bar absolut, Temperatur = 76 °C

39

Der theoretische und praktische Wert der Membranpumpe des Somakon Labormischers

weichen lediglich um 0,35 m3/h. Bei der Flüssigkeitsringvakuumpumpe ist eine größere

Abweichung ermittelt worden. Es sollte aber beachtet werden, dass die Pumpe auch nur so

viel Wasserdampf abziehen kann, wie auch entsteht. Außerdem wird bei der

Flüssigkeitsringvakuumpumpe die durch das Falschluftventil einströmende Luft ebenfalls mit

abgesaugt. Diese Luft wird jedoch bei der Berechnung des Ansaugvolumenstromes nicht

berücksichtigt. Der limitierende Faktor bei dem Somakon Labormischer ist also das

Nennsaugvolumen der Membranpumpe, bei der Stephan Universalmaschine ist der

limitierende Faktor die entstehende Wasserdampfmenge.

40

4.3 Ergebnisse und Auswertung der Textur Analyse

4.3.1 Konfitüre extra

Die für die Texturmessung vorbereiteten Proben wurden jeweils einen Tag nach der

Herstellung gemessen. Insgesamt wurden pro Konfitüre fünf Messungen durchgeführt, wobei

für jede Messung ein Probenbecher verwendet wurde.

In Abbildung 15 ist die Festigkeit, mit den dazugehörigen Standardabweichungen, der

Konfitüre extra in einem Diagramm dargestellt. Die gruppierten Balken gehören zu einer

Rezeptur. Die mit V als ersten Buchstaben bezeichneten Rezepturen wurden im Vorversuch

hergestellt, die mit T als ersten Buchstaben bezeichneten Rezepturen wurden im Technikum

hergestellt. In den folgenden Diagrammen ist die Bezeichnung analog.

Abbildung 15: Festigkeit mit Standardabweichung der in Vorversuchen und im Technikum

hergestellten Konfitüren extra

Es lässt sich erkennen, dass die Vorversuche im Vergleich zu den zugehörigen

Technikumsversuchen eine geringere Festigkeit aufweisen. Dies lässt sich durch die höheren

Temperaturen (ca. 100 °C) bei der Herstellung von Konfitüre unter Atmosphärendruck

erklären. Dadurch wird das Pektin stärker strapaziert und es verringert seine Gelierfähigkeit.

Bei der Rezeptur 1 ist dieser Unterschied mit 1131 g*s Differenz größer als bei Rezeptur 4

(ca. 400 bis 700 g*s). Bei den Rezepturen 2 und 3, die durch die sensorische Wahrnehmung

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

VX01

TX01

VX02

VX03

VX04

TX04 V1

TX

04 V2

TX04 V3

TX05

TX06

Fest

igke

it [g

*s]

41

schon als deutlich zu fest beurteilt wurden, zeigen sich erwartungsgemäß bei der

Texturanalyse auch sehr hohe Festigkeitswerte. Mit den gewählten Einstellungen lässt sich

also die Aussage treffen, dass Konfitüren dieser Rezeptur mit dem verwendeten Pektin

oberhalb eines Festigkeitswertes von 3000 g*s nach eigenem Ermessen inakzeptabel sind, da

sie wenig bis keine Streichfähigkeit besitzen und sehr spröde Gele ausbilden.

Interessant ist der Vergleich innerhalb der Rezeptur 4. Der Unterschied, zwischen Versuch 1

und Versuch 2 bestand darin, dass bei Versuch 2 das Pektin später zugegeben wurde. Es sollte

dabei herausgefunden werden, ob der Zeitpunkt der Pektindosierung eine Rolle bei der

Festigkeit spielt. Bei Versuch 1 befand sich das Pektin ca. 50 Minuten und bei Versuch 2 ca.

15 Minuten bei Temperaturen über 80 °C im Produktansatz. Der minimale Unterschied lässt

die Vermutung zu, dass der Zeitpunkt der Pektindosierung im Gegensatz zu den

Temperaturen keine Rolle spielt. Um die Vermutung zu stützen, hätten mehrere Versuche

durchgeführt und ausgewertet werden müssen.

Versuch 3 wurde als einziger Versuch in der Stephan Universalmaschine durchgeführt. Die

Bedingungen bezüglich Vakuum und Temperatur waren annähernd gleich gewählt, nur die

gesamte Herstellungszeit war kürzer. Insgesamt war das Pektin bei dem Versuch ca.

30 Minuten hohen Temperaturen von ca. 80 °C ausgesetzt. Allerdings ist zu bemerken, dass

die manuelle Steuerung der Temperatur zu einer Temperaturschwankung zwischen 75 und 81

°C geführt hat. Durch die fehlerhafte Temperaturmessung in der Somakon

Universalmaschine, ist davon auszugehen, dass die Konfitüre zeitweise Temperaturen von bis

zu 90 °C oder sogar mehr ausgesetzt war. Der Temperaturunterschied könnte die Ursache für

die höhere Festigkeit der Konfitüre aus Versuch 3 sein.

Rezeptur 4 und 5 weisen eine nahezu identische Festigkeit auf. Die Rezepturen sind auch

identisch in der Pektinmenge, Rezeptur 5 enthält aber weniger Saccharose, dafür aber 10 %

Glucosesirup. Rezeptur 6 enthält 15 % Glucose und rund 42 % Saccharose. Es kann jedoch

nicht begründet werden, warum die Festigkeit dieser Konfitüre so untypisch hoch ist. Der

Einfluss von Glucose auf die Festigkeit von Konfitüren und das Gelierverhalten von Pektin

müsste dazu genauer untersucht werden.

Die Standardabweichung war mit 329 g*s bei Rezeptur 3 am größten (Variationskoeffizient

von 9 %) und bei Versuch 1 der Rezeptur 4 mit 68 g*s (Variationskoeffizient von 4 %) am

kleinsten. Die hohe Standardabweichung bei Rezeptur 3 lässt sich durch eine eventuell

42

aufgetretene Vorgelierung während des Siebens in einigen der Proben erklären. Eine

Vorgelierung führt wiederum zu einer geringeren Festigkeit.

In Abbildung 16 ist die jeweils maximal gemessene Kraft festgehalten, die der Prüfkörper

benötigt hat, um sich in die Konfitüre zu pressen. Dieser Wert entspricht der Bruchstärke bzw.

Bruchfestigkeit, d.h. wie viel Kraft benötigt wird, um das Gel zu brechen. Diese ist ein Indiz

dafür, wie die Gele beim ersten Anstechen oder Kauen sensorisch empfunden werden.

Abbildung 16: maximal gemessene Kraft mit Standardabweichung der in Vorversuchen und

im Technikum hergestellten Konfitüren extra

Das Diagramm ist analog zum Diagramm über die Festigkeit. Einzig die Abstände zueinander

unterscheiden sich vom anderen Diagramm. Die größte Bruchstärke mit 643 g besitzt

Rezeptur 2, die kleinste Bruchstärke besitzt Rezeptur 5 mit 119 g. Die Standardabweichung

ist hier wie bei der Auswertung zur Festigkeit bei Rezeptur 3 mit 37 g (Variationskoeffizient

von 9 %) am höchsten und bei Versuch 1 der Rezeptur 4 mit 4 g (Variationskoeffizient von

3 %) am kleinsten.

0

100

200

300

400

500

600

700

VX01

TX01

VX02

VX03

VX04

TX04

V1

TX04

V2

TX04

V3

TX05

TX06

Max

imal

e Kr

aft [

g]

43

4.3.2 Zuckerreduzierte Konfitüre

In Abbildung 17 ist die Festigkeit der zuckerreduzierten Konfitüre in einem Diagramm mit

dazugehörigen Standardabweichungen dargestellt. Die Proben wurden genau wie bei der

Konfitüre extra einen Tag nach der Herstellung gemessen.

Abbildung 17: Festigkeit mit Standardabweichung der in Vorversuchen und im Technikum

hergestellten zuckerreduzierten Konfitüren

Die größte Festigkeit hat hier die Rezeptur 1 mit 1225 g*s, hergestellt im Vorversuch und die

kleinste Festigkeit hat ebenfalls Rezeptur 1 mit 615 g*s, hergestellt im Technikum. Entgegen

der Erwartung ist es bei der zuckerreduzierten Konfitüre bei der Rezeptur 1 nicht der Fall,

dass die im Vorversuch hergestellte Konfitüre weicher als die im Technikum hergestellte

Konfitüre ist. Jedoch entspricht die Rezeptur 2 dieser Erwartung. Bei der Rezeptur 2 wurde

auch erst davon ausgegangen, dass bei der Einwaage des Pektins ein Fehler begangen wurde,

da die Festigkeit trotz 0,2 % mehr Pektin im Gegensatz zur Rezeptur 1 geringer ist und wurde

deshalb wiederholt. Außerdem war die Trockensubstanz bei Versuch 1 mit 33,5 Brix zu hoch.

Die Wiederholung zeigt aber eine nahezu identische Festigkeit zum ersten Versuch, so dass

ein Fehler ausgeschlossen werden kann. Es lässt eher vermuten, dass beim Vorversuch der

Rezeptur 1 ein Fehler unterlaufen ist. Eventuell wurde zu viel Calciumcitrat oder Pektin

eingewogen, was zu höheren Festigkeitswerten führen würde. Die Herstellung dieser

Rezeptur hätte wiederholt werden müssen. Der Technikumsversuch der Rezeptur 1 hat eine

geringere Festigkeit als alle Versuche mit Rezeptur 2, so wie es erwartungsgemäß sein sollte.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

VR01 TR01 VR02V1 VR02V2 TR02

Fest

igke

it [g

*s]

44

Sensorisch zu weich erwies sich Konfitüre TR01, es ist deshalb eine Pektinkonzentration von

1,2 % bei einer Herstellung im Technikum zu empfehlen. Die zuckerreduzierten Konfitüren

der Rezeptur 2 waren alle streichfähig und nicht zu weich.

Abbildung 18 zeigt die maximale Kraft, die der Prüfkörper benötigt hat, um sich in die

Konfitüre zu pressen. Auch hier wurde die Standardabweichung mit angegeben.

Abbildung 18: maximal gemessene Kraft mit Standardabweichung der in Vorversuchen und

im Technikum hergestellten zuckerreduzierten Konfitüren

Die Bruchstärke der Rezeptur VR01 ist mit 110 g die höchste, dicht gefolgt von Rezeptur

TR02 mit 105 g. Obwohl die beiden im Vorversuch hergestellten Konfitüren der Rezeptur 2

eine fast identische Festigkeit besaßen, unterscheiden sich ihre Bruchstärken um 15 g. Die

Standardabweichung beider Messungen mit 9 bzw. 7 g liegt relativ hoch.

Es fällt auf, dass die zuckerreduzierten Konfitüren alle einen wesentlich geringeren

Festigkeitswert als die Konfitüren extra besitzen. Bei beiden Konfitüren handelt es sich um

völlig unterschiedliche Gelstrukturen. Pektine können abhängig von ihren Eigenschaften

elastisch-viskose oder elastisch-spröde Texturen ausbilden. Dies ist wiederum abhängig vom

verwendeten Rohstoff zur Pektinherstellung, dem Veresterungsgrad des Pektins, aber auch

von den Einflussgrößen pH-Wert, Calciumkonzentration und Trockensubstanz. Das

sensorische Festigkeitsempfinden beim Löffeln oder Verstreichen ist abhängig vom

Verhältnis von elastischen zu viskosen Eigenschaften. Elastisch-viskose Gele besitzen eine

0

20

40

60

80

100

120

140

VR01 TR01 VR02V1 VR02V2 TR02

Max

imal

e Kr

aft

[g]

45

relativ niedrige Bruchfestigkeit, aber beim weiteren Eindringen in das Gel muss

kontinuierlich Kraft aufgebracht werden, um die Kräfte des inneren Zusammenhaltes zu

überwinden. Dies führt zu einem weichen, glatten Mundgefühl. Bei elastisch-spräden Gelen

hingegen muss mehr Kraft aufgebracht werden, um die Bruchfestigkeit zu überwinden,

allerdings zerbrechen dann die Gelstrukturen in kleinere Fragmente ohne weiteren

Zusammenhalt und deshalb wird kaum noch Kraft aufgebracht, um weiter in das Gel

einzudringen. Dies macht die Konfitüre etwas rauher im Mundgefühl. Die zuckerreduzierten

Konfitüren weisen ein elastisch-sprödes Gel auf und können deshalb nicht direkt mit den

elastisch-viskosen Gelen der Konfitüren extra verglichen werden.

4.4 Ergebnisse und Auswertung der Farbmessung

Die Mittelwerte der Farbwerte der einzelnen Konfitüre extra Rezepturen sind in Tabelle 11

zusammengestellt. Es wurde der Farbabstand zwischen der im Vorversuch und der im

Technikum hergestellten Konfitüre errechnet.

Tabelle 11: Farbwerte der einzelnen Konfitüre extra Rezepturen und Farbabstand ΔE

Farbwert Farbabstand

ΔE Rezeptur L* a* b*

VX01

TX01

30,08

19,34

1,04

5,70

1,01

1,61

11,7

VX02 26,74 4,93 3,03 -

VX03 30,42 2,83 2,04 -

VX04

TX04 V1

TX04 V2

TX04 V3

17,77

21,34

30,22

27,42

10,58

5,31

1,42

6,69

3,01

0,45

0,27

5,68

6,9

15,7

10,8

TX05 23,87 4,45 0,96 -

TX06 31,49 1,54 0,22 -

Der Farbabstand zwischen dem Vorversuch und dem Technikumsversuch ist bei Rezeptur 1

und 4 größer als 5, d.h. dass ein deutlich sichtbarer Farbunterschied besteht. Durch die

höheren Temperaturen bei den Vorversuchen wäre anzunehmen, dass diese einen niedrigeren

46

L*-Wert besitzen, also dunkler sind. Dies ist bei Rezeptur 4 der Fall, bei Rezeptur 1 ist der

L*-Wert des Vorversuches aber deutlich höher. Auch wurde bei Rezeptur VX02 visuell eine

dunklere Farbe wahrgenommen als bei VX01 und VX03. Dies lässt sich anhand der

Farbmessung nicht bestätigen, da der L*-Wert nur geringfügig kleiner ist.

Tabelle 12: Farbwerte der einzelnen zuckerreduzierten Konfitüren und Farbabstand ΔE

Rezeptur

Farbwert Farbabstand

ΔE L* a* b*

VR01

TR01

25,60

27,17

4,63

7,76

2,14

3,56

3,8

VR02 V1

VR02 V2

TR02

29,65

20,90

23,03

2,91

7,59

13,85

2,16

2,35

7,50

13,9

8,4

In Tabelle 12 sind die Farbwerte und der Farbabstand der zuckerreduzierten Konfitüren

zusammengestellt. Die Farbe des Vorversuches und des Technikumsversuches der Rezeptur 1

sind sich ähnlich, sie haben nur einen geringen Farbunterschied. Bei Rezeptur 2 sind die

Farbunterschiede höher.

Wenn die Farben in einem geeigneten Programm wiedergegeben werden würden, würden,

wie vielleicht erwartet, keine roten Farbtöne entstehen. Die Farbkoordinaten a* und b*

befinden sich im positiven Bereich, d.h. für a* im Bereich Rot und für b* im Bereich Gelb.

Jedoch sind die Zahlenwerte sehr niedrig. Je höher der Zahlenwert, eine umso größere

Sättigung besitzt die Farbe. Die gemessenen Farbwerte befinden sich eher im grauen Bereich.

Grund dafür könnte sein, dass durch die hohe Schichtdicke des, fürs menschliche Auge

durchsichtig roten Gels die Lichtstrahlung zu sehr gestreut hat und nicht ausreichend

Lichtstrahlung zurückgestrahlt wurde, um von der Photozelle aufgenommen zu werden. Bei

allen Messungen aller Konfitüren war die Schichtdicke aber annähernd gleich, was die

Ergebnisse untereinander vergleichbar macht.

Eine Empfehlung für erneute Farbmessungen wäre, die Konfitüre wenige Millimeter dick auf

einem weißen Stück Papier auszustreichen und dann mit dem Farbmessgerät von oben zu

messen. Dabei sollte darauf geachtet werden, dass bei allen Proben die Schichtdicke

annähernd gleich ist, um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten.

47

Die Farbwerte lassen nicht, wie erhofft, eine Aussage darüber zu, ob Konfitüren mit einer

längeren Zubereitungszeit eine dunklere Farbe durch stärkeres Karamellisieren haben bzw. ob

durch die höheren Temperaturen bei den in den Vorversuchen hergestellten Konfitüren

stärkeres Karamellisieren und dadurch eine dunklere Farbe sichtbar ist.

Um besser vergleichen zu können, hätten mehrere Versuche zu gleichen Rezepturen und z.B.

verschiedenen Zubereitungszeiten durchgeführt werden müssen. Dann hätte der Farbabstand

zu einem Standard in Abhängigkeit von der Zubereitungszeit bestimmt werden können. Bei

solchen Versuchen müssen die Erdbeeren auch unbedingt aus ein und derselben Charge

stammen, da die Farbe des Endproduktes auch immer stark von der Farbe des Rohstoffes, in

dem Fall der Erdbeeren, abhängig ist.

48

5 Diskussion

Insgesamt ergaben sich bei den Versuchen einige Probleme bei der Herstellung von Konfitüre

mit dem neu angeschafften Somakon Labormischer. Es wurde sich daraufhin näher mit

diesem Labormischer beschäftigt und Vergleiche zu der bis dahin verwendeten Anlage, der

Stephan Universalmaschine, angestellt. Vor allem fiel gleich zu Beginn der Versuche auf,

dass sich für die Prozesskontrolle die angezeigte Produkttemperatur nicht verwenden ließ. Als

Grund für die hohe Temperaturdifferenz der angezeigten Produkttemperatur stellte sich ein

Programmierfehler heraus. Bei dem Thermometer handelt es sich um ein

Widerstandsthermometer, welche die Änderung des elektrischen Widerstandes von

Materialien bei Änderung der Temperatur zur Messung nutzen. Anhand der gemessenen

Spannung kann die Temperatur berechnet werden. Anstatt des auf dem Thermometer

angegebenen Messbereiches von -50 bis 200 °C war ein Messbereich von -40 bis 160 °C

eingestellt und somit die Umrechnung fehlerhaft. Das Problem wurde inzwischen vom

Hersteller behoben. Die im Bedienpanel angezeigte Produkttemperatur kann also bei

zukünftigen Versuchen zur Prozesskontrolle herangezogen werden.

Auch das Problem, dass bei fehlender Freigabe der Deckelabfrage das Mischwerkzeug läuft,

ist auf einen Programmierfehler zurückzuführen und wird vom Hersteller durch

Softwareaktualisierung behoben.

Das Hauptproblem war jedoch die geringe Verdampfungsleistung. Der Somakon

Labormischer ist in dem dargestellten Aufbau nicht für die Herstellung von Konfitüre

geeignet, da durch die geringe Saugleistung der Pumpe das Verdampfen sehr langsam von

statten geht. Die durch die Pumpe abgeführte Wassermenge ist abhängig von dem

eingestellten Druck und Temperatur und der daraus resultierenden Dichte des gesättigten

Wasserdampfes. Je niedriger der Druck, desto niedriger auch die Dichte des gesättigten

Dampfes. Folglich wird weniger Wassermasse abtransportiert. Voraussetzung dafür ist, dass

im Kessel genügend Wasserdampf produziert wird. Bei der Stephan Universalmaschine ergab

sich dieses Problem nicht, da weniger Wasserdampf entstanden ist, als laut Ansaugleistung

abtransportiert werden kann.

Verbesserung der Leistung des Somakon Labormischers könnte ein Kondensator bringen.

Wenn gesättigter Wasserdampf mit der Kühlspirale in Kontakt kommt, kondensiert er, da ihm

die für den Phasenwechsel nötige Energie entzogen wird. Der Wasserdampf muss so im

Luftstrom der Pumpe nicht weiter mittransportiert werden. Durch die Verflüssigung nimmt

49

das Volumen stark ab. Im günstigsten Fall kondensiert der Wasserdampf komplett, sodass die

Vakuum-Pumpe nur die Luft absaugt, die durch Undichtigkeiten in das System eintritt. Die

Kondensation beeinflussende Faktoren sind die Temperatur der Kühlspirale, der

Volumenstrom an Kühlwasser und der Länge der Kühlspirale bzw. der damit im

Zusammenhang stehenden Kondensationsoberfläche.

Der neue Versuchsaufbau des Somakon Labormischers mit Kondensator ist in Abbildung 19

zu sehen. Bei dem Kondensator handelt es sich um einen Graham-Kondensator aus Glas der

mittels eines Laborthermoastats gekühlt wird.

Abbildung 19: Aufbau des Somakon Labormischers mit Graham-Kondensator

In neuen Versuchen kann überprüft werden, inwieweit eine Verbesserung der

Verdampfungsleistung mit dem Kondensator erreicht wird.

Nachteilig ist, dass durch einen Glaskondensator immer die Gefahr von Glasbruch besteht.

Gegenüber anderen Materialien besteht aber der Vorteil, dass der Prozess des Kondensierens

so sichtbar ist. Insgesamt ist der Versuchsaufbau in der Form viel komplexer und nimmt

deutlich mehr Raum ein. Bevor das Produkt entnommen werden kann, muss der Kondensator

vom Gerät entfernt werden und da er keine eigene Halterung besitzt und sehr heiß ist, besteht

die Gefahr, dass er beim Entfernen fallengelassen wird. Außerdem wäre es für die

50

Prozesskontrolle sinnvoll, wenn der Kolben zum Brüdenauffangen eine Volumenmessskala

besitzen würde.

Eine andere Lösung wäre eine leistungsstärkere Membranpumpe einzubauen, z.B. mit einem

Nennsaugvolumen ab 7 m3/h, die damit dem tatsächlichen Absaugvolumen von rund 7 m3/h

der Vakuumpumpe in der Stephan Universalmaschine entsprechen würde. Dann könnte

eventuell auch auf den Kondensator verzichtet werden. Um jedoch die Möglichkeit zu haben,

die ausgedampfte Wassermenge aufzufangen und in eine Stoffbilanz mit einzubeziehen, ist

ein Kondensator unerlässlich.

Ein direkter Vergleich zwischen dem Somakon Labormischer und der Stephan

Universalmaschine ergeben folgende Erkenntnisse: Einfüllung der Rohstoffe und Entnehmen

des Produktes ist beim Somakon Labormischer einfacher, da das Schauglas als Einfüllstutzen

fungiert und zum Entnehmen der Kessel in Schräglage versetzt werden kann. Bei der Stephan

Universalmaschine muss der gesamte Deckel zum Befüllen entfernt werden. Beim Einbringen

kleinerer Mengen Flüssigkeit, z.B. der Pektinlösung, kann der dafür vorgesehene lange und

schmale Einfüllstutzen genutzt werden, bei dem aber die Gefahr besteht, dass Rückstände

darin zurückbleiben und nicht komplett in den Produktansatz gelangen. Ein weiterer Nachteil

der Stephan Universalmaschine ist die manuelle Temperatursteuerung. Desweiteren muss

beim Entleeren der gesamte noch heiße Kessel entfernt werden, was bei unsachgemäßer

Handhabung zu Verbrennungen führen kann.

Ohne Einsatz des Kondensators beim Somakon Labormischer ist jedoch die Stephan

Universalmaschine zur Herstellung von Konfitüre geeigneter, da durch die bessere

Verdampfungsleistung die Herstellzeit wesentlich geringer ist. Außerdem ist kein

komplizierter Aufbau mit Kondensator notwendig. Ob der Somakon Labormischer mit

Kondensator an die Verdampfungsleistung der Stephan Universalmaschine heranreicht, sollte

durch geeignete Versuche überprüft werden.

Trotz der langen Herstellzeiten wurden im Rahmen dieser Arbeit Konfitüren mit einer festen,

Textur hergestellt. Bei den im Praktikum hergestellten Konfitüren kam es allerdings häufig zu

einer viel zu weichen Textur. Der Grund ist aller Wahrscheinlichkeit nach bei der Art der

Einbringung des Pektins zu suchen. Möglich wäre, dass das Pektinpulver schlecht im Wasser

gelöst und/oder die Temperatur zu niedrig gehalten wurde, so dass die Gelierfähigkeit des

Pektins nicht vollständig ausgenutzt werden konnte und/oder eine Vorgelierung auftrat.

51

Es ist nicht unbedingt notwendig, wie im Praktikum durchgeführt, das Pektin in einer

Saccharoselösung zu lösen. Um eine sehr gut dispergierte Pektinlösung zu erstellen, wird

empfohlen, das Pektinpulver mittels eines Ultra Turrax in ca. 200 ml (bei hochverestertem

Pektin) bzw. 400 ml (bei niedrigveresterten Pektin) kochenden Wasser zu lösen. Der schnell

laufende Rührer und heißes Wasser mit einer Temperatur über 80 °C begünstigen eine gute

Löslichkeit des Pektins. Außerdem sollte die Pektinlösung frisch kurz vor der Verwendung

hergestellt und gleich in den Produktansatz gegeben werden. So wird ein unnötig langes

Heißhalten verhindert, das möglicherweise die Geliereigenschaften des Pektins vermindert

und die Gefahr verringert, dass die Pektinlösung durch eine zu niedrige Temperatur

vorgeliert.

Bei der zuckerreduzierten Konfitüre wird eine Pektinmenge von 1,2 % empfohlen, da die

Konfitüre mit 1,0 % Pektin bei der Herstellung im Technikum eine relativ weiche Textur

aufwies. Um ein Produkt mit etwas weniger sprödem und mehr viskosem Gel zu erhalten,

kann mit der Verminderung der Calciumkonzentration Einfluss genommen werden. In wie

weit sich jedoch die Verminderung der Calciumkonzentration bei diesem Pektin auswirkt und

ob dann nicht ein Produkt mit viel zu weicher Textur entsteht, sollte vorher in Versuchen

untersucht werden. Allgemein lässt sich aber die Aussage treffen, dass weniger Calcium zu

weniger spröden Gelen führt.

Bei der Konfitüre extra wird eine Trockensubstanz von 60 % und eine Pektinmenge von

0,6 % empfohlen. Das favorisierte Produkt enthält außerdem einen 15 %-tigen Anteil an

Glucosesirup in der Rezeptur. Um ein in Fruchtigkeit und Süße ausgeglichenes Produkt zu

erhalten, sollte hochwertigere Fruchtrohware eingesetzt werden, da diese den Geschmack

hauptsächlich beeinflusst. Eine Variante wäre außerdem zusätzlich zu Erdbeeren

Johannisbeeren und/oder Himbeeren einzusetzen und so eine Mischkonfitüre herzustellen.

Eine andere Variante wäre, mehr Frucht weiter einzukochen und so weniger Zucker

einzusetzen. Dabei sollte jedoch die Zeit, die dann zum Verdampfen benötigt wird, beachtet

werden und nicht zu lange andauern, da ansonsten durch Abbau von Aroma und Farbe dem

gewünschten Effekt wieder entgegen gewirkt wird.

Bei den im Rahmen dieser Arbeit hergestellten Konfitüren handelt es sich nicht um stückige

Produkte, da die Erdbeeren durch das im Somakon Labormischer befindliche Mischwerkzeug

zerstört wurden. Um ein stückiges Produkt zu erhalten, sollte ein anderes Mischwerkzeug

eingesetzt werden. Nachteilig ist hierbei auch, dass keine Drehzahlen kleiner

100 Umdrehungen pro Minute eingestellt werden konnten. Für die industrielle

52

Konfitürenherstellung werden langsam laufende Rührwerkzeuge verwendet, um die

Fruchtstücken schonend zu behandeln. Bei weiteren Versuchen könnte aber untersucht

werden, ob es möglich ist, das Mischwerkzeug nach dem Auftauen der Erdbeeren abzustellen

und dass Abstreiferwerkzeug ausreicht, um eine gute Durchmischung zu erreichen.

Um den Einfluss Rohware zu verringern, hätte zu Beginn von den vorhandenen Erdbeeren ein

Mischmuster erstellt werden sollen. Auch hätten Farbmessungen an der Rohware

durchgeführt werden sollen, um diese als Vergleich zu den Farbwerten der hergestellten

Konfitüren heranziehen zu können. Dann hätte eventuell abgeschätzt werden können,

inwieweit die Rohware und die Herstellzeit Einfluss auf die Farbe haben.

53

6 Zusammenfassung

Ziel der Bachelorarbeit war es, verschiedene Erdbeerkonfitüren unter Verwendung des neuen

Labormischers MP5 der Firma Somakon herzustellen. Bezogen wurde sich dabei auf das

Praktikum zur Herstellung von Konfitüre im Modul „Technologie der Gemüse, Früchte, Öle“,

wo zur Herstellung die Stephan Universalmaschine UM/SK 44E verwendet wurde. Der

Prozess sollte für eine Konfitüre extra und eine zuckerreduzierte Konfitüre auf den neu

angeschafften Labormischer übertragen werden.

Da die Konfitüre aus dem Praktikum häufig eine zu weiche Textur aufwies und als „zu süß“

beurteilt wurde, sollte die Pektinmenge, die Herstellung einer Pektinlösung sowie

Produktions- und Rezepturparameter überprüft und gegebenenfalls angepasst werden.

Zur Überprüfung, ob die Pektinmenge eine ausreichende Festigkeit garantiert, wurden

Vorversuche mit unterschiedlichen Pektindosierungen im 1-kg-Maßstab in Form von

Kochversuchen unter Atmosphärendruck durchgeführt. Dabei stellte sich heraus, dass eine zu

geringe Pektindosierung kein Grund für die zu weiche Textur war.

Die Herstellung von ausgewählten Rezepturen sollte dann im Somakon Labormischer unter

Vakuum erfolgen. Als Hauptproblem stellte sich dann die geringe Verdampfungsleistung des

Labormischers heraus, die zu sehr langen Prozesszeiten führte. Eine Herstellung von

Konfitüre im Somakon Labormischer ohne Kondensator wird aufgrund der langen Prozesszeit

und der damit hohen Beanspruchung der Rohwaren nicht empfohlen.

Um eine weniger süße Konfitüre extra zu erhalten wurde die Trockensubstanz abgesenkt und

einen Teil der Saccharose durch Glucose ersetzt. Das Ziel, geschmacklich an eine industriell

hergestellte Konfitüre heranzureichen, wurde nicht erreicht. Auch muss der Prozess im

Somakon Labormischer noch so weit verbessert werden, dass eine Konfitüre mit

Fruchtstückchen hergestellt werden kann.

Bei allen hergestellten Konfitüren wurden sowohl Textur- als auch Farbmessungen

durchgeführt.

54

7 Literaturverzeichnis

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55

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http://www.vacuubrand.com/de-pageID809.php. 2011; 06.01.2012

56

8 Verzeichnis der Abbildungen und Tabellen

Abbildung 1: Vakuumverdampfer Typ ZVAG (ConsulteC Engineering, 2012) 9

Abbildung 2: Vakuumverdampfer Typ LVAG (ConsulteC Engineering, 2012) 9

Abbildung 3: Industrielle Vakuumkochanlage (Herbstreith & Fox, o. Jahr) 10

Abbildung 4: Dampfdruckkurve im Phasendiagramm eines reinen Lösungsmittels

(Böckh, 2009) 12

Abbildung 5: Labormischer MP5 der Firma Somakon mit Bezeichnung der einzelnen

Teile (Fa. Somakon, 2011) 16

Abbildung 6: Deckel des Labormischers MP5 mit Bezeichnung der Teile (Fa.

Somakon, 2011) 17

Abbildung 7: Verfahrensfließbild zur Konfitüre extra mit 60 bzw. 63 Brix 22

Abbildung 8 : Verfahrensfließbild zu den Vorversuchen der zuckerreduzierten Variante 23

Abbildung 9: Verfahrensfließbild zur Herstellung von Konfitüre extra im Labormischer

MP5 und Stephan UM/SK 44E 24

Abbildung 10: Verfahrensfließbild zur Herstellung von zuckerreduzierter Konfitüre im

Labormischer MP5 25

Abbildung 11: Prozessparameter über die Prozesszeit von TR02 32

Abbildung 12: Prozessparameter über die Prozesszeit von TX04 V1 33

Abbildung 13: Prozessparameter über die Prozesszeit von TX04 V3 mit der Stephan

Universalmaschine 34

Abbildung 14: Prozessparameter über die Prozesszeit von TX04 V2 36

Abbildung 15: Festigkeit mit Standardabweichung der in Vorversuchen und im

Technikum hergestellten Konfitüren extra 40

Abbildung 16: maximal gemessene Kraft mit Standardabweichung der in Vorversuchen

und im Technikum hergestellten Konfitüren extra 42

Abbildung 17: Festigkeit mit Standardabweichung der in Vorversuchen und im

Technikum hergestellten zuckerreduzierten Konfitüren 43

Abbildung 18: maximal gemessene Kraft mit Standardabweichung der in Vorversuchen

und im Technikum hergestellten zuckerreduzierten Konfitüren 44

Abbildung 19: Aufbau des Somakon Labormischers mit Graham-Kondensator 49

57

Tabelle 1: Rezepturen der Vorversuche für Konfitüre extra und zuckerreduzierte

Konfitüre 18

Tabelle 2: Rezepturen einer Konfitüre extra mit 60 Brix, mit und ohne Glucosesirup 19

Tabelle 3: Übersicht der beiden eingesetzten Pektintypen 21

Tabelle 4: Messeinstellungen des Texture Analysers TA.XT 2i 26

Tabelle 5: Soll-Ist-Vergleich der Vorversuche 28

Tabelle 6: hergestellte Rezepturen der Versuchsreihe 1 für Konfitüre extra und

zuckerreduzierte Konfitüre 30

Tabelle 7: Soll-Ist-Vergleich der in Versuchsreihe 1 hergestellten Konfitüren 31

Tabelle 8: Soll-Ist-Vergleich der in Versuchsreihe 2 hergestellten Konfitüren 35

Tabelle 9: Ergebnisse der Verdampfungsversuche im Somakon Labormischer und in

der Stephan Universalmaschine 38

Tabelle 10: theoretische und praktische Werte der Ansaugvolumenströme 38

Tabelle 11: Farbwerte der einzelnen Konfitüre extra Rezepturen und Farbabstand ΔE 45

Tabelle 12: Farbwerte der einzelnen zuckerreduzierten Konfitüren und Farbabstand ΔE 46

Tabelle 13: Rezepturen der Konfitüren extra (pH-Wert-Bereich 3,0 – 3,1) 60

Tabelle 14: Rezepturen der zuckerreduzierten Konfitüren (TS 30 %, pH-Wert-Bereich 3,2 – 3,4) 60

Tabelle 15: Übersicht der Daten der hergestellten Konfitüren 61

58

9 Anhang

Anhang 1: Auzug aus der Konfitürenverordnung (VO Nr. 4240 LFGB, Verkündungsstand:

12.01.2012)

Anlage 1 (zu den §§ 1 bis 4) Erzeugnisse Abschnitt I Verkehrsbezeichnungen, Herstellungsanforderungen

Verkehrsbezeichnung Herstellungsanforderungen 1. Konfitüre extra

Konfitüre extra ist die streichfähige Zubereitung aus Zuckerarten, nicht konzentrierter Pülpe aus einer oder mehreren Fruchtarten und Wasser. Konfitüre extra von Hagebutten sowie kernlose Konfitüre extra von Himbeeren, Brombeeren, schwarzen Johannisbeeren, Heidelbeeren und roten Johannisbeeren darf jedoch ganz oder teilweise aus nicht konzentriertem Fruchtmark hergestellt werden. Konfitüre extra von Zitrusfrüchten darf aus der in Streifen und oder in Stücke geschnittenen ganzen Frucht hergestellt werden. Aus Mischungen der nachstehenden Früchte mit anderen Früchten darf keine Konfitüre extra hergestellt werden: Äpfel, Birnen, nicht steinlösende Pflaumen, Melonen, Wassermelonen, Trauben, Kürbisse, Gurken, Tomaten. Die für die Herstellung von 1 000 g Enderzeugnis verwendete Menge Pülpe oder Fruchtmark beträgt mindestens a) 350 g bei roten Johannisbeeren, Vogelbeeren, Sanddorn, schwarzen Johannisbeeren, Hagebutten und Quitten, b) 250 g bei Ingwer, c) 230 g bei Kaschuäpfeln, d) 80 g bei Passionsfrüchten, e) 450 g bei anderen Früchten.

[...] Abschnitt II Allgemeine Anforderungen 1. Die in Abschnitt I definierten Erzeugnisse müssen mehr als 55 Prozent lösliche Trockenmasse (Refraktometerwert) enthalten; hiervon ausgenommen sind die Erzeugnisse, bei denen der Zucker ganz oder teilweise durch Süßungsmittel nach Maßgabe der Zusatzstoff-Zulassungsverordnung ersetzt wurde. [...] Anlage 2 (zu § 2 Abs. 1 und § 4) Ausgangserzeugnisse Abschnitt I Begriffsbestimmungen 1. Frucht: a) die frische, gesunde, nicht verdorbene Frucht, der keine wesentlichen Bestandteile entzogen wurden, in geeignetem Reifezustand, nach Reinigen und Putzen; [...] 2. Fruchtpülpe: der genießbare Teil der ganzen, soweit erforderlich geschälten oder entkernten Frucht, auch in Stücke geteilt oder zerdrückt, nicht jedoch zu Mark verarbeitet;

59

3. Fruchtmark: der genießbare Teil der ganzen, soweit erforderlich geschälten oder entkernten Frucht, der durch Passieren oder ein ähnliches Verfahren zu Mark verarbeitet ist; [...] 5. Zuckerarten: a) Zuckerarten nach Maßgabe der Zuckerartenverordnung, b) Fructosesirup, c) die aus Früchten gewonnenen Zuckerarten, d) brauner Zucker. Abschnitt II Behandlung der Ausgangserzeugnisse 1. Die in Abschnitt I Nr. 1 bis 4 genannten Erzeugnisse dürfen folgenden Behandlungen unterzogen werden: a) Wärme- und Kältebehandlungen; b) Gefriertrocknung; bei Aprikosen und Pflaumen, die zur Herstellung von Konfitüre bestimmt sind, auch anderen Trocknungsverfahren; c) Konzentrieren, sofern sie sich technisch dafür eignen. Anlage 3 (zu § 2 Abs. 2) Zutaten [...] 4. Saft aus roten Früchten: ausschließlich in Konfitüre und Konfitüre extra aus Hagebutten, Erdbeeren, Himbeeren, Stachelbeeren, roten Johannisbeeren, Pflaumen und Rhabarber; [...]

60

Anhang 2: Rezepturen

Tabelle 13: Rezepturen der Konfitüren extra (pH-Wert-Bereich 3,0 – 3,1)

Rezeptur

TS [%]

Frucht

[%]

Saccha-rose [%]

Glucose-sirup [%]

Pektin AF 401

[%]

Zitronen-säure [%]

Wasser

[%] VX01 63 50 57,0 0 0,5 0,50 -8 VX02 63 50 56,7 0 0,8 0,50 -8 VX03 60 50 53,7 0 0,8 0,50 -5 VX04 60 50 53,9 0 0,6 0,55 -5 TX01 63 50 57,0 0 0,5 0,55 -8 TX04 60 50 53,9 0 0,6 0,55 -5 TX05 60 50 46,0 10 0,6 0,55 -7 TX06 60 50 41,9 15 0,6 0,55 -8 Tabelle 14: Rezepturen der zuckerreduzierten Konfitüren (TS 30 %, pH-Wert-Bereich 3,2 – 3,4)

Rezeptur

Frucht [%]

Saccharose [%]

Pektin AF 703 [%]

Zitronen-säure [%]

Tricalcium-citrat [%]

Wasser [%]

VR01 50 23,7 1,0 0,3 0,07 25 VR02 50 23,5 1,2 0,3 0,07 25 TR01 50 23,7 1,0 0,3 0,07 25 TR02 50 23,5 1,2 0,3 0,07 25 Anhang 3: Berechnungsformeln

Berechnung des Mittelwertes ():

= ∑ x = Stichprobenwert ∑x = die Summe aller Stichprobenwerte n = Anzahl der Stichproben Berechnung der Standardabweichung (s):

� = �∑( − )� − 1

Berechnung des Variationskoeffizients (VK): �� = � ∗ 100 %

61

Anhang 4: Übersicht der Daten der hergestellten Konfitüren Tabelle 15: Übersicht der Daten der hergestellten Konfitüren

L a bMW

max. [g] s [g]

F

VX01 0,5 63,0 64,5 3,0-3,1 3,08 30,08 1,04 1,01 183,5 14,5VX02 0,8 63,0 65,0 3,0-3,1 3,01 26,74 4,93 3,03 643,2 13,9VX03 0,8 60,0 63,0 3,0-3,1 3,00 30,42 2,83 2,04 428,3 37,4VX04 0,6 60,0 60,5 3,0-3,1 3,01 17,77 10,58 3,01 125,4 10,9TX01 0,5 63,0 64,0 3,0-3,1 3,01 19,34 5,70 1,61 255,0 19,3TX04 0,6 60,0 60,0 3,0-3,1 3,01 21,34 5,31 0,45 144,1 3,7

TX04V2 0,6 60,0 59,5 3,0-3,1 3,02 30,22 1,42 0,27 176,6 9,4TX04V3 0,6 60,0 60,5 3,0-3,1 3,01 27,42 6,69 5,68 185,7 10,3

TX05 0,6 60,0 59,5 3,0-3,1 3,04 23,87 4,45 0,96 118,6 5,2TX06 0,6 60,0 60,0 3,0-3,1 3,02 31,49 1,54 0,22 315,0 15,4VR01 1,0 30,0 33,0 3,2-3,4 3,25 25,60 4,63 2,14 110,0 10,1

VR02 V1 1,2 30,0 34,0 3,2-3,4 3,25 29,65 2,91 2,16 87,0 9,3VR02 V2 1,2 30,0 30,5 3,2-3,4 3,22 20,90 7,59 2,35 72,1 6,8

TR01 1,0 30,0 31,5 3,2-3,4 3,20 27,17 7,76 3,56 57,8 3,4TR02 1,2 30,0 31,5 3,2-3,4 3,21 23,03 13,85 7,50 104,7 3,7

Pektin-konzen- tration

[%]Rezeptur

TexturmesMW Farbmessung

pH-Wert-

Ist

pH-Wert-Soll

TS-Ist [%]

TS-Soll [%]

62

Erklärung über die selbstständige Anfertigung der Arbeit

Hiermit versichere ich, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig angefertigt habe und

keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe.

____________________________ ____________________________

Ort, Datum Unterschrift